WO2000052771A1 - Storage cell arrangement and method for producing the same - Google Patents

Storage cell arrangement and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
WO2000052771A1
WO2000052771A1 PCT/DE2000/000310 DE0000310W WO0052771A1 WO 2000052771 A1 WO2000052771 A1 WO 2000052771A1 DE 0000310 W DE0000310 W DE 0000310W WO 0052771 A1 WO0052771 A1 WO 0052771A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
line
layer
lines
plane
memory cell
Prior art date
Application number
PCT/DE2000/000310
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Schwarzl
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Priority to EP00910521A priority Critical patent/EP1155462B1/en
Priority to KR10-2001-7010931A priority patent/KR100443120B1/en
Priority to JP2000603106A priority patent/JP4027040B2/en
Priority to DE50011118T priority patent/DE50011118D1/en
Publication of WO2000052771A1 publication Critical patent/WO2000052771A1/en
Priority to US09/940,087 priority patent/US6605837B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/155—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements with cylindrical configuration
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1653—Address circuits or decoders
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the invention relates to a memory cell arrangement with at least one magnetoresistive element and a method for its production.
  • a magnetoresistive element also called a magnetoresistive element, is understood in the technical field to be a structure which has at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic layer arranged between them. Depending on the structure of the layer structure, a distinction is made between GMR element, TMR element and CMR element (see S. Mengel, Technology Analysis Magnetism, Volume 2, XMR Technologies,
  • GMR element is used for layer structures which have at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic, conductive layer arranged between them and which show the so-called GMR (giant magnetoresistance) effect.
  • GMR effect is understood to mean the fact that the electrical resistance of the GMR element is dependent on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are oriented parallel or antiparallel.
  • the GMR effect is large compared to the so-called AMR (anisotropic magnetoresistance) effect.
  • AMR effect is understood to mean the fact that the resistance in magnetized conductors is different in parallel and perpendicular to the direction of magnetization.
  • the AMR effect is a volume effect that occurs in ferromagnetic single layers.
  • TMR element is used in the specialist world for tunneling
  • Magnetoresistance layer structures are used, the at least two ferromagnetic layers and one arranged in between nete insulating, non-magnetic layer.
  • the insulating layer is so thin that there is a tunnel current between the two ferromagnetic layers.
  • These layer structures also show a magnetoresistive effect, which is brought about by a spin-polarized tunnel current through the insulating, non-magnetic layer arranged between the two ferromagnetic layers.
  • the electrical resistance of the TMR element depends on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or anti-parallel. The relative change in resistance is about 6 to about 40 percent at room temperature.
  • CMR colossal magnetoresistance
  • GMR elements to be used as memory elements in a memory cell arrangement.
  • the memory elements are connected in series via read lines.
  • Word lines run at right angles to this and are insulated both from the read lines and from the memory elements. Due to the current flowing in each word line, signals applied to the word lines cause a magnetic field which, with sufficient strength, influences the memory elements located thereunder.
  • x / y lines are used which cross at the memory cell to be written. Signals are applied to them that are sufficient for re-agregation at the intersection. magnetic field.
  • the Magne ⁇ t Deutschensraum m is changed one of the two ferromagnetic layers.
  • the direction of magnetization m of the other of the two ferromagnetic layers remains unchanged.
  • the direction of magnetization m of the last-mentioned ferromagnetic layer is held by an adjacent antiferromagnetic layer, which holds the direction of magnetization, or by the switching threshold for this ferromagnetic layer being different from that of another material or dimensioning, for example the layer thickness first mentioned ferromagnetic layer is enlarged.
  • a storage element comprises a stack which has at least two annular ferromagnetic layer elements and a non-magnetic conductive layer element which is arranged between them and which is connected between two lines.
  • the ferromagnetic layer elements differ in their material composition.
  • One of the ferromagnetic layer elements is magnetically hard, the other magnetically softer.
  • the magnetization direction m is switched over to the magnetically softer layer element, while the magnetization direction m is retained with the magnetically harder layer element.
  • a further memory cell arrangement with ring-shaped memory elements based on the GMR effect has been proposed in WO 96/25740. They have layer elements made of two magnetic materials, one of which has a high and the other a low coercive force.
  • two driver lines are provided, both of which run through the center of the ring-shaped GMR element. Switching the magnetization rungs ⁇ chtung takes place with the help of a magnetic field, which is induced by currents m the two driver lines.
  • a current flows between the two lines between which the GMR element is connected, which current also flows through the storage element.
  • the magnetic field induced by this current is used to change the direction of magnetization.
  • both driver lines are ring-shaped through the center of the
  • the invention is based on the problem of specifying a memory row arrangement with at least one magnetoresistive element which is insensitive to external magnetic interference fields, which is functional both for magnetoresistive elements with a TMR effect and with a GMR effect, and which functions in comparison with the prior art increased packing density can be produced. Furthermore, a method for producing such a memory cell arrangement is to be specified.
  • the memory cell arrangement has at least one magnetoresistive element which has an annular cross section in a layer plane.
  • the magnetoresistive element has layer elements which are stacked one above the other perpendicular to the layer plane.
  • the use of a magnetoresistive element with an annular cross section increases the sensitivity to external magnetic
  • the memory cell arrangement further comprises a first line and a second line, which intersect.
  • the magnetoresistive element is arranged in the crossover area between the first line and the second line.
  • the first line and the second line are in the intersection area arranged on different sides of the magnetoresistive element with respect to the layer plane.
  • the first line and / or the second line have at least a first line component and a second line component.
  • the first line component is aligned in such a way that a current component directed parallel to the layer level predominates, whereas in the second line component in the crossover area between the first line and the second line a current component directed perpendicular to the layer level predominates.
  • the first runs parallel to the layer plane
  • the second line portion crosses a plane parallel to the layer plane in the area of intersection between the first line and the second line.
  • the first line and / or the second line are cranked perpendicular to the layer plane.
  • the currents flowing through the lines designed in this way generate a magnetic field at the location of the ring-shaped magnetoresistive elements, which is suitable for remagnetizing the magnetoresistive elements during the writing process.
  • Both the m of the layer plane of azimuthal (circular) magnetic fields of the vertical current components and the lateral, ie m of the layer plane of the parallel current components perpendicular to the longitudinal direction of the line of the parallel current components contribute to the magnetic reversal field.
  • the current components parallel to the layer plane contribute to the remagnetization, because the first line portions of the first as well as the second line have different distances from the ring-shaped magnetoresistive element and therefore do not compensate each other there.
  • the lines designed in this way make it possible to arrange memory cells which, compared to previous solutions, can be produced more easily and with greater packing density.
  • the first and second lines crossing at the location of the memory element are sufficient for writing and reading.
  • the memory cell arrangement can be implemented both with a magnetoresistive element based on the GMR effect and with a magnetoresistive element based on the TMR effect, since in contrast to the solution for producing the magnetic known from US Pat. Nos. 5,477,482 and 5,541,868 Switch panel no current is required across the magnetoresistive element.
  • Both the first line and the second line preferably each have at least a first line component in which a current component directed parallel to the layer plane predominates and a second line component in which a current component directed perpendicular to the layer plane predominates. If the first line and the second line are wired in such a way that the current through the second line part of the first line and the current through the second line part of the second line flow in the same direction, the azimuthal magnetic fields of these currents overlap constructively and are amplified at the location of the magnetoresistive element. In this way, selective writing in memory cell fields is possible.
  • the magnetoresistive element is connected between the first line and the second line, the stored information about the first line and the second line can be read out.
  • the resistance of the magnetoresistive element is evaluated. This can be done by measuring the absolute resistance of the magnetoresistive element, by measuring the change in resistance when switching the magnetoresistive element or by comparing the resistance with an adjacent magnetoresistive element of known magnetization state. For reading out the saved Information, all methods for resistance evaluation of the magnetoresistive element are suitable.
  • the magnetoresistive element preferably each has a first ferromagnetic layer element, a non-magnetic layer element and a second ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element being arranged between the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element.
  • the magnetoresistive element can be based on both the GMR effect and the TMR effect.
  • the use of a magnetoresistive element based on the TMR effect is preferred because of the greater resistance compared to a GMR element, the resulting lower power consumption and the usually larger magnetoresistance effect.
  • the magnetoresistive element can be based on the CMR effect if the arrangement can generate the required magnetic switching fields.
  • the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably contain at least one of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, Dy, Bi.
  • the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably differ in terms of magnetic hardness and / or their layer thickness.
  • the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably have a thickness between 2 nm and 20 nm.
  • the non-magnetic layer element contains in the case of the TMR
  • the non-magnetic layer element preferably contains at least one of the substances Cu, Au, Ag and / or Al and has a thickness of between 2 and 5 nm perpendicular to the layer plane.
  • the first ferromagnetic layer element, the second ferromagnetic layer element and the layer element have specific mecanici- parallel to the layer plane preference ⁇ have dimensions between 50 nm and 400 nm.
  • the memory cell arrangement has a multiplicity of magnetoresistive elements of the same type, which are arranged in a matrix.
  • a plurality of similar first lines and similar second lines are also provided.
  • the first lines and the second lines cross.
  • One of the magnetoresistive elements is arranged in the intersection between one of the first lines and one of the second lines.
  • the first lines and / or the second lines each have alternating first line portions, in which a current component directed parallel to the layer level predominates, and second line portions, m in which a current component directed perpendicular to the layer level predominates. Since the ring-shaped magnetoresistive elements are almost magnetically decoupled, a high packing density can be achieved.
  • both the first lines and the second lines each have first line components and second line components, so that selective writing is possible in the individual memory cells.
  • the first line parts and the second line parts of one of the first lines and / or the second lines are arranged in such a way that the line in question has a strip-shaped cross section parallel to the layer plane.
  • a space requirement of 4 F 2 can be achieved per memory cell, where F is the minimum structure size that can be produced by the respective technology, provided the width of the lines parallel to the layer plane and the distance between adjacent lines F are.
  • m arise in the layer plane at the location of each ring-shaped memory Cherimplantations by constructive superposition of the vertical current components m the first and / or second lines an azimuthal magnetic field, which is primarily responsible for the magnetization of the ring-shaped magnetoresistive elements. Magnetic field contributions that result from the current components parallel to the layer plane lead to an asymmetry of the resulting magnetic switching field, which has a positive effect with regard to reduced switching field thresholds.
  • the magnetoresistive elements are arranged in m rows and columns between the first and second lines, the layer plane being spanned by the center planes of the magnetoresistive elements.
  • the direction of the rows and the direction of the columns run parallel to the layer plane, the direction of the rows crossing with the direction of the columns.
  • the projections of the first line portions of one of the first lines onto the layer plane are each arranged between adjacent magnetoresistive elements of this row in such a way that the projections with respect to the connecting straight line through the magnetoresistive elements of this cell are alternately laterally offset.
  • the projection of the first line portions of one of the second lines onto the layer plane is in each case arranged between adjacent magnetoresistive elements of one of the columns, the projection being arranged laterally offset with respect to a connecting line between the adjacent magnetoresistive elements.
  • the projections of first line components adjacent to one of the lines onto the layer plane are arranged offset on opposite sides with respect to the respective connecting lines.
  • the projections of the first lines and the second lines onto the layer plane are therefore not elongated rectangles, but rather wavy.
  • two-fold symmetrical local azimuths are located at the location of the magnetoresistive elements caused mutal magnetic fields.
  • the space requirement per memory cell is 9 F 2 .
  • magnetic switching fields of higher namely two-fold symmetry m of the layer plane are generated at the location of the annular elements.
  • This configuration preferably has the following features:
  • the structures in the wave-like bands are repeated periodically, the wave-like bands swinging about a central longitudinal direction.
  • the projection bands of the first lines intersect with those of the second lines in the "zeros" of the shaft bands, the middle longitudinal directions forming a right angle, but the bands run parallel to one another in sections.
  • the zero point is the intersection of the pro tape with the respective central longitudinal direction.
  • the ring-shaped magnetoresistive elements are arranged m of the layer plane at the intersections between the first and second lines m rows and columns.
  • the first and second lines are bent perpendicular to the layer plane at the crossing points, so that at these
  • the memory cell arrangement additionally has the following features:
  • the period of the wave-like bands is 6F, their amplitude F / 2.
  • the tapes have a minimum width and a minimum distance F perpendicular to their longitudinal direction.
  • the projection bands of the first lines and the second lines run parallel to one another in segments of length F.
  • the ring-shaped storage elements are arranged m on the layer plane at the intersections between the first and second lines m distances of 3F m rows and columns.
  • a first line is produced on a main surface of a substrate in order to produce the memory row arrangement.
  • the magnetoresistive element is formed which has an annular cross section in one layer plane.
  • a second line is created which crosses the first line so that the magnetoresistive element is arranged in the crossing region.
  • the first line and / or the second line are generated in such a way that they have at least a first line component, one parallel to the Layer plane directed Stromkomponenete predominates, and having a second line portion, where a m ne perpendicular to Schichtebe ⁇ directional current component predominates.
  • the structuring of the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer is preferably carried out with one and the same mask.
  • the ring-shaped, magnetoresistive element it is advantageous to use a self-aligned process.
  • an opening is produced in a layer which is arranged on a main surface of a substrate, and a conforming layer is deposited over the flanks of the openings.
  • Anisotropic scratching of the conformal layer creates an annular spacer on the flanks, which is used as a mask for the anisotropic structuring. If the opening is created with a dimension of F, magnetoresistive elements with an outer diameter of F and an inner diameter smaller than F can be produced in this way.
  • the first line and the second line are preferably each produced in two steps.
  • Lower segments of the first line or the second line are formed first, and then upper segments of the first line or the second line.
  • the projection of the lower segments and the projection of the upper segments of the respective line onto the main surface of the substrate partially overlap, so that coherent and cranked first and second lines are produced.
  • the second line components in which vertical current components occur at the layer level, arise in the overlapping areas of the lower and upper segments of the respective line. Parts of the lower segments or of the upper segments arranged in between represent the first line portions which run parallel to the layer plane.
  • first metallization level which is usually referred to as metal 1 by experts
  • second metallization level which is usually referred to as metal 2 in the art.
  • the first lines of the cell array are preferably contacted via the first metallization level and the second lines of the cell array via the second metallization level of the periphery.
  • the first line and the second line are preferably produced with the aid of Damascene-Techmk.
  • a first insulating layer is deposited and structured with the aid of photolithographic process steps and anisotropic plasma steps (RIE) in such a way that it is removed in the region of the first metallization level of the periphery and the lower segments of the first lines of the cell field which are to be subsequently produced.
  • a first conductive layer or a first conductive layer system is deposited and structured by a planarizing etching process, for example CMP. This forms the lower segments of the first lines and the first metallization level of the periphery.
  • a second insulating layer is subsequently deposited and structured with the aid of photolithographic process steps and anisotropic etching steps in such a way that it is removed in the region of the first contacts of the periphery and the upper segments of the first line which are to be subsequently produced.
  • the first contacts and the upper segments of the first line are formed by depositing a second conductive layer or a second conductive layer system and structuring them by means of a planarizing etching process, for example CMP.
  • the lower segments of the second line and the second metallization level of the periphery are distinctive by Ab ⁇ and structuring of a third insulating layer and a third conductive layer or a drit ⁇ th conductive layer system, and the upper segments of the second line and the second contacts of the periphery by Deposition and structuring of a fourth insulating layer and a fourth conductive layer are formed.
  • the production of the memory cell arrangement can be easily integrated into a multi-layer wiring process.
  • Deposition steps and structuring steps are used which are required for the production of the peripheral metallization levels and the contacts required therebetween, also called via.
  • the formation of the lower or upper segments of the first lines of the cell array in the same operation as the formation of the first metallization level (metal 1) or the first contact level (via 1) of the periphery.
  • the lower or upper segments of the second lines are formed simultaneously with the second metallization level (metal 2) or the second contact level (via 2).
  • This procedure also solves the technical problem that there is a much greater vertical distance between the metallization levels of the periphery arranged one above the other than between the first and the second lines of the cell array.
  • the vertical distance between the first and second lines in the cell field is determined by the dimensions of the magnetoresistive element, which are typically 20 to 40 nm.
  • the distance between adjacent metallization levels of the periphery must be much larger to reduce parasitic capacitances. at a 0.35 micron technology, it amounts to typically 350 to 400 nm.
  • FIG. 1 shows a section through a memory cell arrangement with ring-shaped magnetoresistive elements and first line and second lines, each of which has first line parts that run parallel to the layer plane and second line parts that run perpendicular to the layer plane.
  • FIG. 2 shows the section designated II-II in FIG.
  • FIG. 3 shows a top view of a memory cell arrangement with magnetoresistive annular elements and first lines and second lines, the projections of which on the layer plane are strip-shaped bands.
  • FIG. 4 shows a plan view of a memory cell arrangement with ring-shaped magnetoresistive elements and first lines and second lines, the projections of which on the layer plane are wavy, polygon-like bands.
  • FIG. 5 shows the section designated VV in FIG. 4 through a magnetoresistive element and the adjacent regions of the associated first line and the associated second line.
  • Figure 6 shows a section through a substrate having a first SiO 2 layer, a first layer and Si 3 N ei ⁇ ner second SiO 2 layer.
  • FIG. 7 shows the section through the substrate after the formation of lower segments of first lines of the cell field and a first metallization level of the periphery.
  • FIG. 8 shows the substrate after deposition and structuring of a second Si3N4 layer and a third
  • FIG. 9 shows the substrate after the formation of first contacts of the periphery and upper segments of the first lines in the cell field.
  • FIG. 10 shows the substrate after deposition of a first conductive barrier layer, a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer, a second ferromagnetic layer and a second conductive barrier layer.
  • FIG. 11 shows the substrate after the formation of magnetoresistive elements by structuring the previously deposited layers using a self-aligned method based on spacer formation, which is explained with reference to FIGS. 20 to 22.
  • FIG. 12 shows the substrate after the formation of a planarizing insulating layer.
  • FIG. 13 shows the substrate after deposition and structuring of a third Si3N4 layer and a fourth SiO2 layer.
  • FIG. 14 shows the substrate after structuring the fourth SiO 2 layer and the planarizing insulating layer.
  • FIG. 15 shows the substrate after the formation of lower segments of second lines in the cell field and a second metallization level in the periphery.
  • FIG. 16 shows the substrate after deposition and structuring of a fourth Si3N4 layer and a fifth
  • FIG. 17 shows the substrate after the formation of upper segments of the second lines in the cell field and second contacts of the periphery.
  • FIG. 18 shows the substrate after deposition and structuring of a fifth Si3 4 layer and a sixth SiO 2 layer.
  • FIG. 19 shows the substrate after formation of a third metallization level.
  • FIG. 20 shows a section through a substrate with an upper segment of the first line after deposition of a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second ferromagnetic layer, after deposition and structuring of an auxiliary layer and after deposition of a conformal layer.
  • FIG. 21 shows the section through the substrate after anisotropic etching of the conformal layer, as a result of which a spacer-shaped mask is formed.
  • FIG. 22 shows the substrate after removal of the structured auxiliary layer and after formation of magnetoresistive elements. elements by structuring the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • FIG. 23 shows a magnetoresistive element with annular layer elements.
  • ring-shaped magnetoresistive elements 11 are each arranged between a first line 12 and a second line 13 (see FIG. 1 and FIG. 2).
  • the magnetoresistive elements have an annular cross section in a layer plane 14 which runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • the first lines 12 have first line parts 121 and second line parts 122.
  • the first line parts 121 run parallel to the layer plane 14, the second line parts 122, however, perpendicular to the layer plane 14.
  • the second lines 13 have first line parts 131 and second line parts 132.
  • the first line parts 131 run parallel to the layer plane 14, the second line parts 132 vertically to the layer plane 14.
  • a current flows through the first line 12 or through the second line 13, one predominates in parallel in the first line parts 121 and 131 the layer level 14 directed current component.
  • a current component directed perpendicular to the layer plane 14 predominates.
  • first lines and the second lines 13 are poled so that at the location of the intersection between one of the first lines 12 and one of the second lines 13 arranged magnetoresistive Element 11, the vertical current components flow in the respective second line portion 122, 132 m in the same direction, so there is a constructive superposition of these azimuthal magnetic fields and the magnetization of the magnetoresistive element 11 arranged in this crossing region can be switched over.
  • first line portions 121, 131 and the second line portions 122, 132 results in the first lines 12 and the second lines 13 having a step-shaped cross section in a plane perpendicular to the layer plane 14.
  • a memory cell arrangement has first lines 31 which run parallel to one another and second lines 32 which also run parallel to one another and which cross the first lines 31 (see FIG. 3).
  • the first lines 31 and the second lines 32 each have a strip-shaped cross section. They have a width of 0.35 ⁇ m, a mutual distance of 0.35 ⁇ m and a length of approx. 70 to 700 ⁇ m depending on the cell area.
  • a magnetoresistive element 33 with an annular cross section is arranged in each case. Since it is covered by the second line 32 in the view in FIG. 3, the contour of the magnetoresistive element 33 is shown in dashed lines in FIG.
  • the first lines 31 and the second lines 32 have a section perpendicular to the plane of the drawing and parallel to the strip-shaped course, a step-shaped cross section with first line components that run parallel to the drawing plane and second line components that run perpendicular to the drawing plane, as shown in FIG 1 and 2 loading wrote.
  • a current flows through the first conduit 31 and through the second conduit 32, so predominates m the first line portions each having a cut parallel to the annular cross ⁇ directed flow component.
  • a current component directed perpendicular to the annular cross section predominates.
  • Arranged above and below each of the magnetoresistive elements 33 is a second line component of the associated first line 31 and the associated second line 32, with which a current can flow perpendicular to the annular cross section of the magnetoresistive element 33.
  • ring-shaped magnetoresistive elements 41 are arranged in a grid, m rows and columns, in a plane which is referred to as the layer plane (see FIG. 4).
  • Each of the magnetoresistive elements 41 is arranged between a first line 42 and a second line 43.
  • the projection of the first lines 42 and the second lines 43 onto the layer plane are in each case wavy, polygon-like bands which contain portions parallel to the respective row or column. These parallel portions are alternately staggered in parallel with respect to the straight line through the centers of adjacent magnetoresistive elements 41.
  • the first lines 42 and the second lines 43 have a step-shaped cross section (see FIG. 5, m which is the section labeled VV in FIG. 4).
  • the first line 42 has a first line part 421 and a second line part 422.
  • the first line part 421 runs parallel to the drawing plane
  • the second line part 422 runs perpendicular to the drawing plane.
  • the second line 43 has a first line component 431, which runs parallel to the plane of the drawing.
  • the second Lei ⁇ tung 43 further has a second line portion 432, which proceeds perpendicular to the plane.
  • first line parts 421, 431 and second line parts 422, 432 are arranged along each of the first lines 42 and the second lines 43.
  • a first layer of SiO 2 is 62 m with a layer thickness of 50 to 100 nm, a first layer of Si3N4 layer 63 m with a layer thickness of 30 to 50 nm and one second Si2 layer 64 m applied with a layer thickness of 400 to 800 nm (see FIG. 6).
  • the second S ⁇ 2-Sch ⁇ cht 64 is structured to be opened m the second S ⁇ 2-Sch ⁇ cht trench 64 64 x.
  • a first conductive diffusion bamer layer 65 made of TaN / Ta m with a thickness of 50 nm and a first conductive layer made of copper are deposited over the whole area.
  • the first conductive layer of copper is deposited to such a thickness that it completely fills the trenches 64 times .
  • the first conductive diffusion barrier layer 65 and the first conductive layer are structured by chemical mechanical polishing.
  • the surface of the second S1O2 layer 64 is exposed and the lower segments 67 of the first line in the area of a first line embedded in the trenches 64 '
  • Cell field Z and lines of a first metallization level 68 are generated in the area of a periphery P (see FIG. 7).
  • a second Si3N4 layer 69 m thick from 30 to 50 nm and a third Si2 layer 610 m thick 400 to 800 nm thick are deposited using a photolithographically produced resist mask and anisotropic etching structured (see Figure 8).
  • trench 610 are det ⁇ gebil ⁇ .
  • a second conductive barrier layer 611 and a second conductive layer 612 are then deposited over the entire area .
  • the second conductive barrier layer 611 is formed with a layer thickness of 50 nm from TaN / Ta.
  • the second lei ⁇ tend layer is made of copper m thickness of such a layer deposited to fill the trench 610 ⁇ .
  • the second conductive layer and the second conductive barrier layer 611 are planarized by CMP, so that the surface of the second Si 2 layer 610 is exposed and the trenches ⁇ embedded upper segments of the first line 613 and first contacts 614 are produced (see FIG. 9 ).
  • the upper segments 613 of the first line and the lower segments 67 of the first line partially overlap.
  • a first barrier layer 615, a first ferromagnetic layer 616, a non-magnetic layer 617, a second ferromagnetic layer 618 and a second diffusion barrier layer 619 are then deposited over the entire surface (see FIG. 10).
  • the first diffusion barrier layer 615 and the second diffusion barrier layer 619 are formed from Ta in a layer thickness of 10 to 30 nm.
  • the first ferromagnetic layer 616 is formed from Co in a layer thickness of 3 to 10 nm.
  • the non-magnetic layer 617 is formed from Al 2 O 3 with a layer thickness of 1 to 3 nm.
  • the second ferromagnetic layer 618 is formed with a layer thickness of 3 to 10 nm from NiFe.
  • FIG. 10 shows the first ferromagnetic layer 616, the non-magnetic layer 617 and the second ferromagnetic layer 618 as a triple layer 616, 617, 618.
  • magnetoresistive elements 621 are formed, which have an annular cross section parallel to the surface of the substrate 61 (see FIG. 11).
  • the mask 620 is produced using a self-aligned process, which is explained below with reference to FIGS. 20 to 22.
  • the magnetoresistive elements 621 are surrounded with insulating material by deposition and planarization with CMP of a fourth Si2 layer 622 (see FIG. 12).
  • a third Si 3 N 4 layer 623 is subsequently deposited and structured using a photoresist mask 624 in such a way that the magnetoresistive elements 621 remain covered by the third Si 3 N layer 623, while this layer is removed in the region of the periphery (see FIG. 13 ).
  • a fifth Si2 layer 625 m is deposited over the entire surface and has a thickness of 400 to 800 nm, on the surface of which a photoresist mask 626 is formed by photolithographic process steps.
  • the fifth Si2 layer 625 and the fourth Si2 layer 622 are structured using the photoresist mask 626 as an etching mask. In this case, trenches are produced ⁇ 625 (see Figure 14).
  • the third Si 3 N4 layer 623 remains above the magnetoresistive elements 621.
  • a third conductive bar is centering layer 627 and depositing a third conductive layer, the ⁇ fill the trench 625 (see Figure 15).
  • the third conductive barrier layer 627 is formed from Ta / TaN in a layer thickness of 30 to 50 nm.
  • the third conductive layer is made of copper.
  • the third conductive barrier layer 627 and the third conductive layer are planarized by chemical mechanical polishing.
  • the surface of the fifth layer 625 is exposed.
  • a second metallization level 630 is formed (see Figure 15).
  • a fourth Si3N4 layer 631 m with a layer thickness of 30 to 50 nm and a sixth Si2 layer 632 m with a layer thickness of 400 to 800 nm are deposited over the entire surface.
  • a mask 633 is then made of photoresist using photolithographic process steps.
  • the sixth S1O2 layer 632 and the fourth Si3N4 layer 631 are structured by anisotropic etching, trenches 632 being formed (see FIG. 16).
  • a fourth conductive barrier layer 634 and a fourth conductive layer are deposited on the flanks of the trenches 632 and fill the trenches 632 ⁇ .
  • the fourth conductive barrier layer 634 is formed from TaN / Ta m with a layer thickness of 50 nm. The bottom of the trenches is exposed by sputtering and / or RIE processes.
  • the fourth conductive layer is formed from copper with a layer thickness such that the trenches 632 are filled.
  • the fourth conductive barrier layer 634 and the fourth conductive layer are planarized by CMP, the surface of the sixth layer 632 being exposed.
  • second contacts 636 m of the periphery P and upper segments 637 of the second line in the cell field Z are formed from the fourth conductive layer (see FIG. 17).
  • Photoresist mask and anistropic etching trenches 639 are opened, which extend to second contacts 636 (see FIG. 18).
  • a fifth conductive barrier layer 640 made of Ta / TaN m with a layer thickness of 30 to 50 nm and a fifth conductive Layer of copper be ⁇ the trenches filled with a third metallization 642,639 (see Figure 19).
  • a first ferromagnetic layer 72 made of Co in a layer thickness of 3 to 10 nm, a non-magnetic layer 73 made of Al 2 O 3 in a layer thickness of 1 to 3 nm and a are placed on a substrate 71 which has a diffusion barrier layer in the region of the surface second ferromagnetic layer 74 made of NiFe applied in a layer thickness of 3 to 10 nm (see FIG. 20).
  • An auxiliary layer 75 made of Si 3 N4 is applied to the second ferromagnetic layer 74 in a thickness of 50 to 100 nm and structured using a photoresist mask (not shown). In this case, an opening is created in the auxiliary layer 75, in which the surface of the second ferromagnetic layer 74 is exposed.
  • a conformal layer 76 of SiO 2 or Ta is formed in a layer thickness of 80 to 120 nm.
  • RIE Anisotropic etching
  • F- or Cl-containing reaction gases forms a spacer 77 from the conformal layer 76, which is ring-shaped due to the manufacturing process (see FIG. 21).
  • the spacer 77 is removed after the structured
  • Auxiliary layer 75 is used as an etching mask in order to structure the second ferromagnetic layer 74, the non-magnetic layer 73 and the first ferromagnetic layer 72 (possibly including diffusion barriers, not shown).
  • An annular, magnetoresistive element 78 is formed in the process. If the spacer 77 was formed from Ta that has a diffusion barrier effect, it can be used as a diffusion barrier in the memory cell arrangement.
  • a magnetoresistive element 81 which is an annular
  • Cross-section comprises at least a first ferromagnetic layer element 82, a non-magnetic layer element 83 and a second ferromagnetic layer element 84, which are arranged as a stack one above the other.
  • the first ferromagnetic layer element 82 has a layer thickness of 3 to 10 nm, an outer diameter of 350 nm and an inner diameter of 100 to 190 nm and contains Co.
  • the non-magnetic layer element 83 has a thickness of 1 to 3 nm and contains Al2O3.
  • the second ferromagnetic layer element 84 has a thickness between 3 and 10 nm and contains NiFe.
  • the non-magnetic layer element 83 and the second ferromagnetic layer element 84 have the same cross section as the first ferromagnetic layer element.
  • the first ferromagnetic layer element 82 and the second ferromagnetic layer element 84 can each have a magnetization in the clockwise or counterclockwise direction. If the magnetization of the first ferromagnetic layer element 82 coincides with that of the second ferromagnetic layer element 84 m, the magnetoresistive element 81 has a lower resistance than if the magnetizations of the first ferromagnetic layer element 82 and the second ferromagnetic layer element 84 are oriented in opposite directions.
  • the second layer 64 layer 64 is deposited with a greater thickness (for example by a factor of 2 thicker). This creates deeper trenches 62 ′ and, after the CMP step, correspondingly thicker lower segments 67 of the first lines.
  • a greater thickness for example by a factor of 2 thicker.
  • the fourth Si2 layer 622 is produced by an anisotropic RIE process (for example using etching gases containing C and F). so that the magnetoresistive elements 621 are laterally isolated by SiO 2 spacers.
  • the third Si3N4 layer 623 is then deposited as conformingly as possible.
  • the fifth Si2 layer 625 is deposited for the lower segments of the second lines and planarized by a short CMP layer. Then the fifth Si2 layer 625 are selectively structured to form the third Si3N4 layer 623 and these are selectively structured to form the Si2 spacers of the fourth Si2 layer 622.

Abstract

The invention relates to a storage cell arrangement comprising a magnetoresistive element (11) which has a ring-shaped cross-section in a stratified plane. A first line (12) and a second line (13) which intersect each other are provided in said storage cell arrangement. The magnetoresistive element (11) is located in the intersection area between the first line (12) and the second line (13). Said first line (12) and/or said second line have at least one first line section (131) in which a current component which is oriented parallel to the stratified plane is predominant and a second line section (132) in which a current component which is oriented vertically to the stratified plane is predominant.

Description

Beschreibungdescription
Speicherzellenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung.Memory cell arrangement and method for its production.
Die Erfindung betrifft eine Speicherzellenanordnung mit mindestens einem magnetoresistiven Element sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a memory cell arrangement with at least one magnetoresistive element and a method for its production.
Als magnetoresistives Element, auch Magnetowiderstandselement genannt, wird in der Fachwelt eine Struktur verstanden, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeordnete nichtmagnetische Schicht aufweist. Je nach Aufbau der Schichtstruktur wird dabei unterschieden zwischen GMR-Element, TMR-Element und CMR-Element (siehe S. Mengel, Technologieanalyse Magnetismus, Band 2, XMR-Technologien,A magnetoresistive element, also called a magnetoresistive element, is understood in the technical field to be a structure which has at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic layer arranged between them. Depending on the structure of the layer structure, a distinction is made between GMR element, TMR element and CMR element (see S. Mengel, Technology Analysis Magnetism, Volume 2, XMR Technologies,
Herausgeber VDI Technologiezentrum Physikalische Technologien, August 1997) .Publisher VDI Technology Center Physical Technologies, August 1997).
Der Begriff GMR-Element wird für Schichtstrukturen verwendet, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeordnete nichtmagnetische, leitende Schicht aufweisen und den sogenannten GMR (giant magnetoresistance) - Effekt zeigen. Unter dem GMR-Effekt wird die Tatsache verstanden, daß der elektrische Widerstand des GMR-Elementes ab- hängig davon ist, ob die Magnetisierungen in den beiden fer- romagnetischen Schichten parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Der GMR-Effekt ist im Vergleich zum sogenannten AMR (anisotropic magnetoresistance) -Effekt groß. Als AMR- Effekt wird die Tatsache verstanden, daß der Widerstand in magnetisierten Leitern parallel und senkrecht zur Magnetisierungsrichtung verschieden ist. Bei dem AMR-Effekt handelt es sich um einen Volumeneffekt, der in ferromagnetischen Ein- fachschichten auftritt.The term GMR element is used for layer structures which have at least two ferromagnetic layers and a non-magnetic, conductive layer arranged between them and which show the so-called GMR (giant magnetoresistance) effect. The GMR effect is understood to mean the fact that the electrical resistance of the GMR element is dependent on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are oriented parallel or antiparallel. The GMR effect is large compared to the so-called AMR (anisotropic magnetoresistance) effect. The AMR effect is understood to mean the fact that the resistance in magnetized conductors is different in parallel and perpendicular to the direction of magnetization. The AMR effect is a volume effect that occurs in ferromagnetic single layers.
Der Begriff TMR-Element wird in der Fachwelt für TunnelingThe term TMR element is used in the specialist world for tunneling
Magnetoresistance-Schichtstrukturen verwendet, die mindestens zwei ferromagnetische Schichten und eine dazwischen angeord- nete isolierende, nichtmagnetische Schicht aufweisen. Die isolierende Schicht ist dabei so dünn, daß es zu einem Tunnelstrom zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten kommt. Diese Schichtstrukturen zeigen ebenfalls einen magne- toresistiven Effekt, der durch einen spinpolarisierten Tunnelstrom durch die zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten angeordnete isolierende, nichtmagnetische Schicht bewirkt wird. Auch in diesem Fall ist der elektrische Widerstand des TMR-Elementes abhängig davon, ob die Magnetisierun- gen in den beiden ferromagnetischen Schichten parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Die relative Widerstandsänderung beträgt dabei etwa 6 bis ca. 40 Prozent bei Raumtemperatur.Magnetoresistance layer structures are used, the at least two ferromagnetic layers and one arranged in between nete insulating, non-magnetic layer. The insulating layer is so thin that there is a tunnel current between the two ferromagnetic layers. These layer structures also show a magnetoresistive effect, which is brought about by a spin-polarized tunnel current through the insulating, non-magnetic layer arranged between the two ferromagnetic layers. In this case too, the electrical resistance of the TMR element depends on whether the magnetizations in the two ferromagnetic layers are aligned parallel or anti-parallel. The relative change in resistance is about 6 to about 40 percent at room temperature.
Ein weiterer Magnetowiderstandseffekt, der wegen seiner Größe (relative Widerstandsänderung von 100 bis 400 Prozent bei Raumtemperatur) CMR (colossal magnetoresistance) -Effekt genannt wird, erfordert wegen seiner hohen Koerzitivkräfte ein hohes Magnetfeld zum Umschalten zwischen den Magnetisierungs- zuständen.Another magnetoresistance effect, which is called the CMR (colossal magnetoresistance) effect because of its size (relative resistance change of 100 to 400 percent at room temperature), requires a high magnetic field to switch between the magnetization states due to its high coercive forces.
Es ist vorgeschlagen worden, (siehe zum Beispiel D. D. Tang et al, IEDM 95, Seiten 997 bis 999, J. M. Daughton, Thin Solid Films, Bd. 216 (1992), Seiten 162 bis 168, Z. Wang et al, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Bd. 155 (1996), Seiten 161 bis 163) GMR-Elemente als Speicherelemente in einer Speicherzellenanordnung zu verwenden. Die Speicherelemente werden über Leseleitungen in Reihe verschaltet. Quer dazu verlaufen Wortleitungen, die sowohl gegenüber den Leseleitun- gen als auch gegenüber den Speicherelementen isoliert sind. An die Wortleitungen angelegte Signale verursachen durch den in jeder Wortleitung fließenden Strom ein Magnetfeld, das bei hinreichender Stärke die darunter befindlichen Speicherelemente beeinflußt. Zum Einschreiben von Information werden x/y-Leitungen verwendet, die sich an der zu beschreibenden Speicherzelle kreuzen. Sie werden mit Signalen beaufschlagt, die am Kreuzungspunkt ein für die Um agnetisierung ausrei- chendes magnetisches Feld verursachen. Dabei wird die Magne¬ tisierungsrichtung m der einen der beiden ferromagnetischen Schichten umgeschaltet. Die Magnetisierungsrichtung m der anderen der beiden ferromagnetischen Schichten bleibt dagegen unverändert. Das Festhalten der Magnetisierungsrichtung m der zuletzt genannten ferromagnetischen Schicht erfolgt durch eine benachbarte antiferromagnetische Schicht, die die Magnetisierungsrichtung festhalt, oder dadurch, daß die Schaltschwelle für diese ferromagnetische Schicht durch anderes Ma- terial oder andere Dimensionierung, zum Beispiel die Schichtdicke, im Vergleich zu der zuerst genannten ferromagnetischen Schicht vergrößert wird.It has been suggested (see, for example, DD Tang et al, IEDM 95, pages 997 to 999, JM Daughton, Thin Solid Films, vol. 216 (1992), pages 162 to 168, Z. Wang et al, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 155 (1996), pages 161 to 163) GMR elements to be used as memory elements in a memory cell arrangement. The memory elements are connected in series via read lines. Word lines run at right angles to this and are insulated both from the read lines and from the memory elements. Due to the current flowing in each word line, signals applied to the word lines cause a magnetic field which, with sufficient strength, influences the memory elements located thereunder. For writing information, x / y lines are used which cross at the memory cell to be written. Signals are applied to them that are sufficient for re-agregation at the intersection. magnetic field. The Magne ¬ tisierungsrichtung m is changed one of the two ferromagnetic layers. The direction of magnetization m of the other of the two ferromagnetic layers, however, remains unchanged. The direction of magnetization m of the last-mentioned ferromagnetic layer is held by an adjacent antiferromagnetic layer, which holds the direction of magnetization, or by the switching threshold for this ferromagnetic layer being different from that of another material or dimensioning, for example the layer thickness first mentioned ferromagnetic layer is enlarged.
In US 5 541 868 und US 5 477 482 sind ringförmige Spei- cherelemente vorgeschlagen worden, die auf dem GMR-Effekt beruhen. Ein Speicherelement umfaßt einen Stapel, der mindestens zwei ringförmige ferromagnetische Schichtelemente und ein nichtmagnetisches leitendes Schichtelement, das dazwischen angeordnet ist, aufweist und der zwischen zwei Leitun- gen geschaltet ist. Die ferromagnetischen Schichtelemente unterscheiden sich m ihrer Materlaizusammensetzung. Eines der ferromagnetischen Schichtelemente ist magnetisch hart, das andere magnetisch weicher. Zum Einschreiben der Information wird die Magnetisierungsrichtung m dem magnetisch weicheren Schichtelement umgeschaltet, wahrend die Magnetisierungsrichtung m dem magnetisch härteren Schichtelement erhalten bleibt.In US 5 541 868 and US 5 477 482 annular storage elements have been proposed which are based on the GMR effect. A storage element comprises a stack which has at least two annular ferromagnetic layer elements and a non-magnetic conductive layer element which is arranged between them and which is connected between two lines. The ferromagnetic layer elements differ in their material composition. One of the ferromagnetic layer elements is magnetically hard, the other magnetically softer. To write the information, the magnetization direction m is switched over to the magnetically softer layer element, while the magnetization direction m is retained with the magnetically harder layer element.
Eine weitere Speicherzellenanordnung mit ringförmigen Spei- cherelementen, die auf dem GMR-Effekt beruhen, wurde m WO 96/25740 vorgeschlagen. Sie weisen Schichtelemente aus zwei magnetischen Materialien auf, von denen das eine eine hohe und das andere eine niedrige Koerzitivkraft aufweist. Zur An- steuerung des magnetoresistiven Elementes sind zwei Treiber- leitungen vorgesehen, die beide durch die Mitte des ringförmigen GMR-Elementes verlaufen. Das Umschalten der Magnetisie- rungsπchtung erfolgt mit Hilfe eines Magnetfeldes, das durch Strome m den beiden Treiberleitungen induziert wird.A further memory cell arrangement with ring-shaped memory elements based on the GMR effect has been proposed in WO 96/25740. They have layer elements made of two magnetic materials, one of which has a high and the other a low coercive force. To drive the magnetoresistive element, two driver lines are provided, both of which run through the center of the ring-shaped GMR element. Switching the magnetization rungsπchtung takes place with the help of a magnetic field, which is induced by currents m the two driver lines.
Zum Umschalten der Magnetisierungsrichtung fließt zwischen den beiden Leitungen, zwischen die das GMR-Element geschaltet ist, ein Strom, der auch über das Speicherelement fließt. Das von diesem Strom induzierte Magnetfeld wird zur Änderung der Magnetisierungsrichtung verwendet .To switch the direction of magnetization, a current flows between the two lines between which the GMR element is connected, which current also flows through the storage element. The magnetic field induced by this current is used to change the direction of magnetization.
Da beide Treiberleitungen durch die Mitte des ringförmigenBecause both driver lines are ring-shaped through the center of the
GMR-Elementes verlaufen und gegeneinander isoliert sein müssen, ist die m dieser Anordnung erzielbare Packungsdichte begrenzt .GMR element and must be isolated from each other, the packing density achievable in this arrangement is limited.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Speicherzeilenanordnung mit mindestens einem magnetoresistiven Element anzugeben, die gegen externe magnetische Storfelder unempfindlich ist, die sowohl für magnetoresistive Elemente mit TMR-Effekt als auch mit GMR-Effekt funktionsfähig ist und die mit im Vergleich zum Stand der Technik erhöhter Packungsdichte herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Speicherzellenanordnung angegeben werden.The invention is based on the problem of specifying a memory row arrangement with at least one magnetoresistive element which is insensitive to external magnetic interference fields, which is functional both for magnetoresistive elements with a TMR effect and with a GMR effect, and which functions in comparison with the prior art increased packing density can be produced. Furthermore, a method for producing such a memory cell arrangement is to be specified.
Dieses Problem wird gelost durch eine Speicherzellenanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 11. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.This problem is solved by a memory cell arrangement according to claim 1 and a method for its production according to claim 11. Further developments of the invention emerge from the remaining claims.
Die Speicherzellenanordnung weist mindestens ein magnetoresi- stives Element auf, das einen m einer Schichtebene ringförmigen Querschnitt aufweist. Das magnetoresistive Element weist Schichtelemente auf, die senkrecht zur Schichtebene übereinander gestapelt sind. Durch die Verwendung eines magnetoresistiven Elementes mit ringförmigem Querschnitt wird eine erhöhte Unempfmdlichkeit gegen externe magnetischeThe memory cell arrangement has at least one magnetoresistive element which has an annular cross section in a layer plane. The magnetoresistive element has layer elements which are stacked one above the other perpendicular to the layer plane. The use of a magnetoresistive element with an annular cross section increases the sensitivity to external magnetic
Storfelder erzielt, da externe magnetische Storfelder über die Ausdehnung des ringförmigen Elementes sehr homogen und damit weitgehend wirkungslos sind. Auf zusatzliche Abschirm¬ maßnahmen zum Beispiel unter Verwendung von μ-Metall kann verzichtet werden.Disturbance fields achieved because external magnetic disturbance fields are very homogeneous and over the expansion of the annular element are largely ineffective. In additional shielding measures ¬ for example, using μ-metal can be omitted.
Da m einem ringförmigen ferromagnetischen Schichtelement ein geschlossener Magnetfluß vorliegt, treten nach außen höchstens wahrend des Ummagnetisierungsprozesses magnetische Streufelder auf. Schichtelemente eines oder benachbarter magnetoresistiver Elemente sind somit nahezu vollständig magne- tisch entkoppelt. Daher können eine Vielzahl gleichartiger magnetoresistiver Elemente mit hoher Packungsdichte m der Speicherzellenanordnung vorgesehen werden.Since a closed magnetic flux is present in an annular ferromagnetic layer element, magnetic stray fields occur to the outside at most during the remagnetization process. Layer elements of one or neighboring magnetoresistive elements are thus almost completely magnetically decoupled. A large number of similar magnetoresistive elements with a high packing density can therefore be provided in the memory cell arrangement.
Da m einem ringförmigen ferromagnetischen Schichtelement ein geschlossener Magnetfluß vorliegt, treten nach außen höchstens wahrend des Ummagnetisierungsprozesses magnetische Streufelder auf. Schichtelemente eines oder benachbarter magnetoresistiver Elemente sind somit nahezu vollständig magnetisch entkoppelt. Daher können eine Vielzahl gleichartiger magnetoresistiver Elemente mit hoher Packungsdichte m der Speicherzellenanordnung vorgesehen werden.Since a closed magnetic flux is present in an annular ferromagnetic layer element, magnetic stray fields occur to the outside at most during the remagnetization process. Layer elements of one or adjacent magnetoresistive elements are thus almost completely magnetically decoupled. A large number of similar magnetoresistive elements with a high packing density can therefore be provided in the memory cell arrangement.
In ringförmigen Schichtelementen existieren zwei stabile Ma- gnetisierungszustande, das heißt der Magnetisierungsfluß ist entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn geschlossen. Beide Zustande sind sehr stabil und die Übergänge von einem m den anderen Zustand sind unempfindlich gegen Defekte und geometrische Irregularitäten. Die Wahrscheinlichkeit von Informationsverlusten durch irreversible Magnetisie- rungsprozesse sind daher geringer als f r konventionelle, einfach zusammenhangende Elementstrukturen.There are two stable magnetization states in annular layer elements, ie the magnetization flux is closed either clockwise or counterclockwise. Both states are very stable and the transitions from one state to the other are insensitive to defects and geometric irregularities. The probability of information loss due to irreversible magnetization processes is therefore lower than for conventional, simply connected element structures.
Die Speicherzellenanordnung umfaßt darüber hinaus eine erste Leitung und eine zweite Leitung, die sich kreuzen. Im Kreu- zungsbereich zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung ist das magnetoresistive Element angeordnet. Dabei sind die erste Leitung und die zweite Leitung im Kreuzungsbereich bezüglich der Schichtebene auf unterschiedlichen Seiten des magnetoresistiven Elementes angeordnet. Die erste Leitung und/oder die zweite Leitung weisen mindestens einen ersten Leitungsanteil und einen zweiten Leitungsanteil auf. Der er- ste Leitungsanteil ist so ausgerichtet, daß darin eine zur Schichtebene parallel gerichtete Stromkomponente überwiegt, wahrend m dem zweiten Leitungsanteil im Kreuzungsbereich zu- wischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung eine zur Schichtebene senkrecht gerichtete Stromkomponente überwiegt. Insbesondere verlauft der erste parallel zu der Schichtebene, der zweite Leitungsanteil kreuzt im Kreuzungsbereich zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung eine zur Schichtebene parallele Ebene. Insbesondere sind die erste Leitung und/oder die zweite Leitung senkrecht zur Schichtebene ge- kröpft.The memory cell arrangement further comprises a first line and a second line, which intersect. The magnetoresistive element is arranged in the crossover area between the first line and the second line. The first line and the second line are in the intersection area arranged on different sides of the magnetoresistive element with respect to the layer plane. The first line and / or the second line have at least a first line component and a second line component. The first line component is aligned in such a way that a current component directed parallel to the layer level predominates, whereas in the second line component in the crossover area between the first line and the second line a current component directed perpendicular to the layer level predominates. In particular, the first runs parallel to the layer plane, the second line portion crosses a plane parallel to the layer plane in the area of intersection between the first line and the second line. In particular, the first line and / or the second line are cranked perpendicular to the layer plane.
Die durch die derart gestalteten Leitungen fließenden Strome erzeugen am Ort der ringförmigen magnetoresistiven Elemente ein Magnetfeld, das zum Ummagnetisieren der magnetoresistiven Elemente beim Schreibvorgang geeignet ist. Dabei tragen sowohl die m der Schichtebene azimutalen (zirkulären) Magnetfelder der vertikalen Stromkomponenten, als auch die lateralen, das heißt m der Schichtebene zur Längsrichtung der Leitung senkrecht gerichteten Magnetfeldkomponenten der paralle- len Stromkomponenten zum Ummagnetisierungsfeld bei. Die zur Schichtebene parallelen Stromkomponenten tragen zur Ummagne- tisierung bei, weil die ersten Leitungsanteile der ersten wie auch der zweiten Leitung unterschiedliche Abstände zum ringförmigen magnetoresistiven Element haben und sich daher dort nicht kompensieren.The currents flowing through the lines designed in this way generate a magnetic field at the location of the ring-shaped magnetoresistive elements, which is suitable for remagnetizing the magnetoresistive elements during the writing process. Both the m of the layer plane of azimuthal (circular) magnetic fields of the vertical current components and the lateral, ie m of the layer plane of the parallel current components perpendicular to the longitudinal direction of the line of the parallel current components contribute to the magnetic reversal field. The current components parallel to the layer plane contribute to the remagnetization, because the first line portions of the first as well as the second line have different distances from the ring-shaped magnetoresistive element and therefore do not compensate each other there.
Durch die derart gestalteten Leitungen sind Speicherzellenanordnungen möglich, die im Vergleich zu bisherigen Losungen einfacher und mit größerer Packungsdichte hergestellt werden können. Die sich am Ort des Speicherelementes kreuzenden ersten und zweiten Leitungen sind zum Schreiben und Lesen ausreichend. Weitere Leitungen, zum Beispiel durch die nngfor- igen Speicherelemente sind im Gegensatz zu der aus WO 96/25740 bekannten Lösung nicht erforderlich. Dadurch ent¬ steht ein geringerer Flächenbedarf pro Speicherzelle.The lines designed in this way make it possible to arrange memory cells which, compared to previous solutions, can be produced more easily and with greater packing density. The first and second lines crossing at the location of the memory element are sufficient for writing and reading. Other lines, for example through the nngfor- In contrast to the solution known from WO 96/25740, memory elements are not required. This ent ¬ is a smaller area requirement for each memory cell.
Außerdem kann die Speicherzellenanordnung sowohl mit einem auf dem GMR-Effekt beruhenden magnetoresisitven Element als auch mit einem auf dem TMR-Effekt beruhenden magnetoresistiven Element realisiert werden, da im Gegensatz zu der aus US 5 477 482 und 5 541 868 bekannten Lösung zur Erzeugung des magnetischen Schaltfeldes kein Strom über das magnetoresistive Element erforderlich ist.In addition, the memory cell arrangement can be implemented both with a magnetoresistive element based on the GMR effect and with a magnetoresistive element based on the TMR effect, since in contrast to the solution for producing the magnetic known from US Pat. Nos. 5,477,482 and 5,541,868 Switch panel no current is required across the magnetoresistive element.
Vorzugsweise weist sowohl die erste Leitung als auch die zweite Leitung jeweils mindestens einen ersten Leitungsan- teil, in dem eine zur Schichtebene parallel gerichtete Stromkomponente überwiegt, und einen zweiten Leitungsanteil, in dem eine zur Schichtebene senkrecht gerichtete Stromkomponente überwiegt, auf. Werden die erste Leitung und die zweite Leitung so beschaltet, daß der Strom durch den zweiten Lei- tungsanteil der ersten Leitung und der Strom durch den zweiten Leitungsanteil der zweiten Leitung in derselben Richtung fließen, so überlagern sich die azimutalen Magnetfelder dieser Ströme konstruktiv und verstärken sich am Ort des magnetoresistiven Elementes. Auf diese Weise ist selektives Schreiben in Speicherzellenfeldern möglich.Both the first line and the second line preferably each have at least a first line component in which a current component directed parallel to the layer plane predominates and a second line component in which a current component directed perpendicular to the layer plane predominates. If the first line and the second line are wired in such a way that the current through the second line part of the first line and the current through the second line part of the second line flow in the same direction, the azimuthal magnetic fields of these currents overlap constructively and are amplified at the location of the magnetoresistive element. In this way, selective writing in memory cell fields is possible.
Wird das magnetoresistive Element zwischen die erste Leitung und die zweite Leitung geschaltet, so kann die gespeicherte Information über die erste Leitung und die zweite Leitung ausgelesen werden. Dazu wird der Widerstand des magnetoresistiven Elementes bewertet. Dies kann durch Messung des Absolutwiderstandes des magnetoresistiven Elementes, durch Messung der Widerstandsänderung beim Schalten des magnetoresistiven Elementes oder durch Widerstandsvergleich mit einem benachbarten magnetoresistiven Elementes bekannten Magnetisierungszustandes erfolgen. Zum Auslesen der gespeicherten Information sind alle Verfahren zur Widerstandsbewertung des magnetoresistiven Elementes geeignet.If the magnetoresistive element is connected between the first line and the second line, the stored information about the first line and the second line can be read out. The resistance of the magnetoresistive element is evaluated. This can be done by measuring the absolute resistance of the magnetoresistive element, by measuring the change in resistance when switching the magnetoresistive element or by comparing the resistance with an adjacent magnetoresistive element of known magnetization state. For reading out the saved Information, all methods for resistance evaluation of the magnetoresistive element are suitable.
Das magnetoresistive Element weist vorzugsweise jeweils ein erstes ferromagnetisches Schichtelement, ein nichtmagnetisches Schichtelement und ein zweites ferromagnetisches Schichtelement auf, wobei das nichtmagnetische Schichtelement zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement und dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement angeordnet ist. Das magnetoresistive Element kann sowohl auf dem GMR-Effekt als auch dem TMR-Effekt beruhen. Die Verwendung eines magnetoresistiven Elementes, das auf dem TMR-Effekt beruht wird wegen des im Vergleich zu einem GMR-Element größeren Widerstandes, des dadurch bedingten geringeren Leistungsverbrauchs und des meist größeren Magnetowiderstandseffektes bevorzugt. Darüber hinaus kann das magnetoresistive Element auf dem CMR-Effekt beruhen, falls die Anordnung die erforderlichen magnetischen Schaltfelder erzeugen kann.The magnetoresistive element preferably each has a first ferromagnetic layer element, a non-magnetic layer element and a second ferromagnetic layer element, the non-magnetic layer element being arranged between the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element. The magnetoresistive element can be based on both the GMR effect and the TMR effect. The use of a magnetoresistive element based on the TMR effect is preferred because of the greater resistance compared to a GMR element, the resulting lower power consumption and the usually larger magnetoresistance effect. In addition, the magnetoresistive element can be based on the CMR effect if the arrangement can generate the required magnetic switching fields.
Das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement enthalten vorzugsweise mindestens eines der Elemente Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, Dy, Bi . Das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement unterscheiden sich vorzugsweise be- züglich der magnetischen Härte und/oder ihrer Schichtdicke.The first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably contain at least one of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Gd, Dy, Bi. The first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably differ in terms of magnetic hardness and / or their layer thickness.
Senkrecht zur Schichtebene weisen das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement vorzugsweise eine Dicke zwischen 2 nm und 20 nm auf. Das nichtmagnetische Schichtelement enthält im Fall des TMR-Perpendicular to the layer plane, the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element preferably have a thickness between 2 nm and 20 nm. The non-magnetic layer element contains in the case of the TMR
Effektes vorzugsweise mindestens eines der Materialien AI2O3, NiO, Hf02, Ti0 , NbO, Siθ2 und weist senkrecht zur Schichtebene eine Dicke zwischen 1 und 4 nm auf. Im Fall eines GMR- Elementes enthält das nichtmagnetische Schichtelement vor- zugsweise mindestens einen der Stoffe Cu, Au, Ag und/oder AI und weist senkrecht zur Schichtebene eine Dicke zwischen 2 und 5 nm auf. Das erste ferromagnetische Schichtelement, das zweite ferromagnetische Schichtelement und das nichtmagneti- sche Schichtelement weisen parallel zur Schichtebene vorzugs¬ weise Abmessungen zwischen 50 nm und 400 nm auf.Effect preferably at least one of the materials Al2O3, NiO, Hf0 2 , Ti0, NbO, SiO 2 and perpendicular to the layer plane has a thickness between 1 and 4 nm. In the case of a GMR element, the non-magnetic layer element preferably contains at least one of the substances Cu, Au, Ag and / or Al and has a thickness of between 2 and 5 nm perpendicular to the layer plane. The first ferromagnetic layer element, the second ferromagnetic layer element and the layer element have specific nichtmagneti- parallel to the layer plane preference ¬ have dimensions between 50 nm and 400 nm.
Zur Speicherung großer Datenmengen weist die Speicherzellenanordnung eine Vielzahl gleichartiger magnetoresistiver Elemente auf, die matrixartig angeordnet sind. Ferner sind eine Vielzahl gleichartiger erster Leitungen und gleichartiger zweiter Leitungen vorgesehen. Die ersten Leitungen und die zweiten Leitungen kreuzen sich. Im Kreuzungsbereich zwischen einer der ersten Leitungen und einer der zweiten Leitungen ist jeweils eines der magnetoresistiven Elemente angeordnet. Die ersten Leitungen und/oder die zweiten Leitungen weisen jeweils alternierend erste Leitungsanteile, m denen eine parallel zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, und zweite Leitungsanteile, m denen eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, auf. Da die ringförmigen magnetoresistiven Elemente magnetisch nahezu entkoppelt sind, kann dabei eine hohe Packungsdichte er- zielt werden.To store large amounts of data, the memory cell arrangement has a multiplicity of magnetoresistive elements of the same type, which are arranged in a matrix. A plurality of similar first lines and similar second lines are also provided. The first lines and the second lines cross. One of the magnetoresistive elements is arranged in the intersection between one of the first lines and one of the second lines. The first lines and / or the second lines each have alternating first line portions, in which a current component directed parallel to the layer level predominates, and second line portions, m in which a current component directed perpendicular to the layer level predominates. Since the ring-shaped magnetoresistive elements are almost magnetically decoupled, a high packing density can be achieved.
Vorzugsweise weisen sowohl die ersten Leitungen als auch die zweiten Leitungen jeweils erste Leitungsanteile und zweite Leitungsanteile auf, so daß ein selektives Schreiben m die einzelnen Speicherzellen möglich ist.Preferably, both the first lines and the second lines each have first line components and second line components, so that selective writing is possible in the individual memory cells.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Leitungsanteile und die zweiten Leitungsanteile einer der ersten Leitungen und/oder der zweiten Leitungen so angeordnet, daß die betreffende Leitung parallel zur Schichtebene einen streifenformigen Querschnitt aufweist. In dieser Ausgestaltung kann ein Flachenbedarf pro Speicherzelle von 4 F2 erzielt werden, wobei F die m der jeweiligen Technologie minimal herstellbare Strukturgroße ist, sofern die Breite der Leitungen parallel zur Schichtebene als auch der Abstand zwischen benachbarten Leitungen F betragt. In dieser Anordnung entstehen m der Schichtebene am Ort jedes ringförmigen Spei- cherelementes durch konstruktive Überlagerung der von den vertikalen Stromkomponenten m den ersten und/oder zweiten Leitungen ein azimutales Magnetfeld, das für das Ummagneti- sieren der ringförmigen magnetoresistiven Elemente primär verantwortlich ist. Magnetfeldbeitrage, die von den zur Schichtebene parallelen Stromkomponenten herrühren, fuhren zu einer Asymmetrie des resultierenden magnetischen Schaltfeldes, die sich hinsichtlich reduzierter Schaltfeldschwellen positiv auswirkt.According to one embodiment of the invention, the first line parts and the second line parts of one of the first lines and / or the second lines are arranged in such a way that the line in question has a strip-shaped cross section parallel to the layer plane. In this embodiment, a space requirement of 4 F 2 can be achieved per memory cell, where F is the minimum structure size that can be produced by the respective technology, provided the width of the lines parallel to the layer plane and the distance between adjacent lines F are. In this arrangement, m arise in the layer plane at the location of each ring-shaped memory Cherelementes by constructive superposition of the vertical current components m the first and / or second lines an azimuthal magnetic field, which is primarily responsible for the magnetization of the ring-shaped magnetoresistive elements. Magnetic field contributions that result from the current components parallel to the layer plane lead to an asymmetry of the resulting magnetic switching field, which has a positive effect with regard to reduced switching field thresholds.
In einer weiteren Ausgestaltung der Speicherzellenanordnung sind die magnetoresistiven Elemente m Zeilen und Spalten zwischen den ersten und zweiten Leitungen angeordnet, wobei die Schichtebene durch die Mittelebenen der magnetoresistiven Elemente aufgespannt wird. Dabei verlaufen die Richtung der Zeilen und die Richtung der Spalten parallel zur Schichtebene, wobei sich die Richtung der Zeilen mit der Richtung der Spalten kreuzt. Die Projektionen der ersten Leitungsanteile einer der ersten Leitungen auf die Schichtebene sind jeweils zwischen benachbarten magnetoresistiven Elementen dieser Zeile so angeordnet, daß die Projektionen bezüglich der Verbindungsgeraden durch die magnetoresitiven Elemente dieser Zelle seitlich alternierend versetzt angeordnet sind. Die Projektion der ersten Leitungsanteile einer der zweiten Leitungen auf die Schichtebene ist jeweils zwischen benachbarten magnetoresistiven Elementen einer der Spalten angeordnet, wobei die Projektion bezuglich einer Verbindungslinie zwischen den benachbarten magnetoresistiven Elementen seitlich versetzt angeordnet ist. Die Projektionen von entlang einer der Leitun- gen benachbarten ersten Leitungsanteilen auf die Schichtebene ist bezuglich der jeweiligen Verbindungslinien nach entgegengesetzten Seiten versetzt angeordnet. Die Projektionen der ersten Leitungen und der zweiten Leitungen auf die Schichtebene sind somit keine langgestreckten Rechtecke, sondern wellenförmig. In dieser Ausgestaltung werden am Ort der magnetoresistiven Elemente zweizahlig symmetrische lokale azi- mutale Magnetfelder verursacht. Der Platzbedarf pro Speicherzelle betragt 9 F2.In a further embodiment of the memory cell arrangement, the magnetoresistive elements are arranged in m rows and columns between the first and second lines, the layer plane being spanned by the center planes of the magnetoresistive elements. The direction of the rows and the direction of the columns run parallel to the layer plane, the direction of the rows crossing with the direction of the columns. The projections of the first line portions of one of the first lines onto the layer plane are each arranged between adjacent magnetoresistive elements of this row in such a way that the projections with respect to the connecting straight line through the magnetoresistive elements of this cell are alternately laterally offset. The projection of the first line portions of one of the second lines onto the layer plane is in each case arranged between adjacent magnetoresistive elements of one of the columns, the projection being arranged laterally offset with respect to a connecting line between the adjacent magnetoresistive elements. The projections of first line components adjacent to one of the lines onto the layer plane are arranged offset on opposite sides with respect to the respective connecting lines. The projections of the first lines and the second lines onto the layer plane are therefore not elongated rectangles, but rather wavy. In this embodiment, two-fold symmetrical local azimuths are located at the location of the magnetoresistive elements caused mutal magnetic fields. The space requirement per memory cell is 9 F 2 .
In dieser Ausgestaltung der Speicherzellenanordnung werden magnetische Schaltfelder höherer, namlich zweizahliger Symmetrie m der Schichtebene am Ort der ringförmigen Elemente erzeugt. Diese Ausgestaltung weist vorzugsweise folgende Merkmale auf:In this embodiment of the memory cell arrangement, magnetic switching fields of higher, namely two-fold symmetry m of the layer plane are generated at the location of the annular elements. This configuration preferably has the following features:
- Die Projektion der ersten und zweiten Leitungen auf die Schichtebene s nd Bander, deren Mittellinien und Rander wellenartige, zueinander parallele Polygonzuge sind.- The projection of the first and second lines on the layer plane s nd band, whose center lines and edges are wave-like, parallel polygon courses.
- Die Strukturen m den wellenartigen Bandern wiederholen sich periodisch, wobei die wellenartigen Bander um eine mittlere Längsrichtung schwingen.- The structures in the wave-like bands are repeated periodically, the wave-like bands swinging about a central longitudinal direction.
- Die benachbarten Projektionsbander der ersten und zweiten Leitungen sind gegeneinander um eine halbe Periode m Längsrichtung verschoben.- The adjacent projection bands of the first and second lines are shifted against each other by half a period in the longitudinal direction.
- Die Projektionsbander der ersten Leitungen kreuzen sich mit denen der zweiten Leitungen in den "Nullstellen" der Wel- lenbander, wobei die mittleren Längsrichtungen einen rech- ten Winkel bilden, die Bander abschnittsweise aber parallel zueinander verlaufen. Als Nullstelle wird dabei jeweils der Kreuzungspunkt des Pro ektionsbandes mit der jeweiligen mittleren Längsrichtung bezeichnet.- The projection bands of the first lines intersect with those of the second lines in the "zeros" of the shaft bands, the middle longitudinal directions forming a right angle, but the bands run parallel to one another in sections. The zero point is the intersection of the pro tape with the respective central longitudinal direction.
- Die ringförmigen magnetoresistiven Elemente sind m der Schichtebene an den Kreuzungsstellen zwischen den ersten und zweiten Leitungen m Zeilen und Spalten angeordnet.- The ring-shaped magnetoresistive elements are arranged m of the layer plane at the intersections between the first and second lines m rows and columns.
- Die ersten und zweiten Leitungen sind an den Kreuzungsstel- len senkrecht zur Schichtebene gekröpft, so daß an diesen- The first and second lines are bent perpendicular to the layer plane at the crossing points, so that at these
Stellen zweite Leitungsanteile mit senkrechten Stromkomponenten existieren. Bei konstruktiver Überlagerung der von den vertikalen Stromkomponenten der ersten und zweiten Leitungen erzeugten Magnetfelder und ausreichender Stromstarke lassen sich mit die- ser Anordnung zweizahlig symmetrische Schaltfelder am Ort der ringförmigen magnetoresistiven Elemente erzeugen.Make second line parts with vertical current components exist. If the magnetic fields generated by the vertical current components of the first and second lines are superimposed constructively and the current strength is sufficient, this arrangement can be used to generate two-fold symmetrical switching fields at the location of the ring-shaped magnetoresistive elements.
Diese Ausgestaltung laßt sich mit einem Platzbedarf pro Speicherzelle von 9F2 realisieren. Dazu weist die Speicherzellen- anordnung zusatzlich folgende Merkmale Merkmale auf:This configuration can be implemented with a space requirement of 9F 2 per memory cell. For this purpose, the memory cell arrangement additionally has the following features:
- Die Periode der wellenartigen Bander betragt 6F, ihre Amplitude F/2.- The period of the wave-like bands is 6F, their amplitude F / 2.
- Die Bander haben senkrecht zu ihrer Längsrichtung eine minimale Breite und einen minimalen Abstand F.- The tapes have a minimum width and a minimum distance F perpendicular to their longitudinal direction.
- Die Projektionsbander der ersten Leitungen und der zweiten Leitungen verlaufen m Segmenten der Lange F parallel zu- einander.- The projection bands of the first lines and the second lines run parallel to one another in segments of length F.
- Die ringförmigen Speicherelemente sind m der Schichtebene an den Kreuzungsstellen zwischen den ersten und zweiten Leitungen m Abstanden von 3F m Zeilen und Spalten ange- ordnet.- The ring-shaped storage elements are arranged m on the layer plane at the intersections between the first and second lines m distances of 3F m rows and columns.
Zur Herstellung der Speicherzeilenanordnung wird auf einer Hauptflache eines Substrats eine erste Leitung erzeugt. Durch Abscheiden und Strukturieren einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht wird das magnetoresistive Element gebildet, das m einer Schichtebene einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Es wird eine zweite Leitung erzeugt, die die erste Leitung so kreuzt, daß das magnetoresistive Element im Kreuzungsbereich angeordnet ist. Die erste Leitung und/oder die zweite Leitung werden so erzeugt, daß sie mindestens einen ersten Leitungsanteil, m dem eine parallel zur Schichtebene gerichtete Stromkomponenete überwiegt, und einen zweiten Leitungsanteil, m dem eine senkrecht zur Schichtebe¬ ne gerichtete Stromkomponente überwiegt, aufweisen.A first line is produced on a main surface of a substrate in order to produce the memory row arrangement. By depositing and structuring a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second ferromagnetic layer, the magnetoresistive element is formed which has an annular cross section in one layer plane. A second line is created which crosses the first line so that the magnetoresistive element is arranged in the crossing region. The first line and / or the second line are generated in such a way that they have at least a first line component, one parallel to the Layer plane directed Stromkomponenete predominates, and having a second line portion, where a m ne perpendicular to Schichtebe ¬ directional current component predominates.
Die Strukturierung der ersten ferromagnetischen Schicht, der nichtmagnetischen Schicht und der zweiten ferromagnetischen Schicht erfolgt vorzugsweise mit ein und derselben Maske.The structuring of the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer is preferably carried out with one and the same mask.
Zur Strukturierung des ringförmigen, magnetoresistiven Ele- mentes ist es vorteilhaft, einen selbstjustierten Prozeß zu verwenden. Zu diesem Zweck wird in einer Schicht, die an einer Hauptflache eines Substrats angeordnet ist, eine Öffnung erzeugt, über deren Flanken eine konforme Schicht abgeschieden wird. Durch anisotropes Ruckatzen der konformen Schicht entsteht an den Flanken ein ringförmiger Spacer, der als Maske für die anisotrope Strukturierung verwendet wird. Wird die Öffnung mit einer Abmessung von F erzeugt, so lassen sich auf diese Weise magnetoresistive Elemente mit einem Außendurch- messer von F und einem Innendurchmesser kleiner F herstellen.To structure the ring-shaped, magnetoresistive element, it is advantageous to use a self-aligned process. For this purpose, an opening is produced in a layer which is arranged on a main surface of a substrate, and a conforming layer is deposited over the flanks of the openings. Anisotropic scratching of the conformal layer creates an annular spacer on the flanks, which is used as a mask for the anisotropic structuring. If the opening is created with a dimension of F, magnetoresistive elements with an outer diameter of F and an inner diameter smaller than F can be produced in this way.
Vorzugsweise werden die erste Leitung und die zweite Leitung jeweils m zwei Schritten hergestellt. Dabei werden zunächst untere Segmente der ersten Leitung bzw. der zweiten Leitung gebildet und danach obere Segmente der ersten Leitung bzw. der zweiten Leitung. Die Projektion der unteren Segmente und die Projektion der oberen Segmente der jeweiligen Leitung auf die Hauptflache des Substrats überlappen sich teilweise, so daß zusammenhangende und gekröpfte erste und zweite Leitungen entstehen. Die zweiten Leitungsanteile, m denen zur Schich- tebene vertikale Stromkomponenten auftreten, entstehen m den Uberlappungsbereichen der unteren und oberen Segmente der jeweiligen Leitung. Dazwischen angeordnete Teile der unteren Segmente bzw. der oberen Segmente stellen die ersten Leitungsanteile, die parallel zur Schichtebene verlaufen, dar.The first line and the second line are preferably each produced in two steps. Lower segments of the first line or the second line are formed first, and then upper segments of the first line or the second line. The projection of the lower segments and the projection of the upper segments of the respective line onto the main surface of the substrate partially overlap, so that coherent and cranked first and second lines are produced. The second line components, in which vertical current components occur at the layer level, arise in the overlapping areas of the lower and upper segments of the respective line. Parts of the lower segments or of the upper segments arranged in between represent the first line portions which run parallel to the layer plane.
Bei der Herstellung der unteren Segmente der ersten Leitung bzw. der zweiten Leitung wird gleichzeitig m der Peripherie der Speicherzellenanordnung eine erste Metallisierungsebene, die m der Fachwelt meist als Metall 1 bezeichnet wird, bzw. eine zweite Metallisierungsebene, die m der Fachwelt meist als Metall 2 bezeichnet wird, gebildet. Bei der Herstellung der oberen Segmente der ersten Leitung bzw. der zweiten Leitung werden gleichzeitig m der Peripherie erste Kontakte, die m der Fachwelt als Via 1 bezeichnet werden, bzw. zweite Kontakte, die m der Fachwelt meist als Via 2 bezeichnet werden, gebildet.When the lower segments of the first line or the second line are produced, m is the periphery at the same time The memory cell arrangement forms a first metallization level, which is usually referred to as metal 1 by experts, or a second metallization level, which is usually referred to as metal 2 in the art. When the upper segments of the first line or the second line are produced, first contacts, which are referred to in the technical field as Via 1, or second contacts, which are usually referred to in the technical field as Via 2, are formed in the periphery.
Vorzugsweise werden die ersten Leitungen des Zellenfeldes über die erste Metallisierungsebene und die zweiten Leitungen des Zellenfeldes über die zweite Metallisierungsebene der Peripherie kontaktiert.The first lines of the cell array are preferably contacted via the first metallization level and the second lines of the cell array via the second metallization level of the periphery.
Die Herstellung der ersten Leitung und der zweiten Leitung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe der Damascene-Techmk. Dazu wird eine erste isolierende Schicht abgeschieden und mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte und anisotroper Plas- maatzschritte (RIE) so strukturiert, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden ersten Metallisierungsebene der Peripherie und der unteren Segmente der ersten Leitungen des Zellenfeldes entfernt w rd. Es wird eine erste leitende Schicht oder ein erstes leitendes Schichtsystem abgeschieden und durch ein planarisierendes Atzverfahren, zum Beispiel CMP, strukturiert. Dadurch werden die unteren Segmente der ersten Leitungen und die erste Metallisierungsebene der Peripherie gebildet. Nachfolgend wird eine zweite isolierende Schicht abgeschieden und mit Hilfe photolithographischer Pro- zeßschritte und anisotroper Atzschritte so strukturiert, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden ersten Kontakte der Peripherie und der oberen Segmente der ersten Leitung entfernt wird. Die ersten Kontakte und die oberen Segmente der ersten Leitung werden durch Abscheiden einer zweiten lei- tenden Schicht oder eines zweiten leitenden Schichtsystems und deren Strukturierung durch ein planarisierendes Atzverfahren, zum Beispiel CMP, gebildet. Entsprechend werden die unteren Segmente der zweiten Leitung und die zweite Metallisierungsebene der Peripherie durch Ab¬ scheidung und Strukturierung einer dritten isolierenden Schicht und einer dritten leitenden Schicht oder eines drit¬ ten leitenden Schichtsystems und die oberen Segmente der zweiten Leitung und die zweiten Kontakte der Peripherie durch Abscheidung und Strukturierung einer vierten isolierenden Schicht und einer vierten leitenden Schicht gebildet.The first line and the second line are preferably produced with the aid of Damascene-Techmk. For this purpose, a first insulating layer is deposited and structured with the aid of photolithographic process steps and anisotropic plasma steps (RIE) in such a way that it is removed in the region of the first metallization level of the periphery and the lower segments of the first lines of the cell field which are to be subsequently produced. A first conductive layer or a first conductive layer system is deposited and structured by a planarizing etching process, for example CMP. This forms the lower segments of the first lines and the first metallization level of the periphery. A second insulating layer is subsequently deposited and structured with the aid of photolithographic process steps and anisotropic etching steps in such a way that it is removed in the region of the first contacts of the periphery and the upper segments of the first line which are to be subsequently produced. The first contacts and the upper segments of the first line are formed by depositing a second conductive layer or a second conductive layer system and structuring them by means of a planarizing etching process, for example CMP. Accordingly, the lower segments of the second line and the second metallization level of the periphery are distinctive by Ab ¬ and structuring of a third insulating layer and a third conductive layer or a drit ¬ th conductive layer system, and the upper segments of the second line and the second contacts of the periphery by Deposition and structuring of a fourth insulating layer and a fourth conductive layer are formed.
Durch die Herstellung der ersten Leitung und der zweiten Leitung jeweils in zwei Schritten kann die Herstellung der Speicherzellenanordnung auf einfache Weise in einen Mehrlagenver- drahtungsprozeß integriert werden. Zur Bildung der unteren und oberen Segmente der ersten bzw. zweiten Leitung werdenBy producing the first line and the second line in two steps, the production of the memory cell arrangement can be easily integrated into a multi-layer wiring process. To form the lower and upper segments of the first and second lines, respectively
Abscheideschritte und Strukturierungsschritte verwendet, die für die Herstellung der peripheren Metallisierungsebenen sowie der dazwischen erforderlichen Kontakte, auch Via genannt, erforderlich sind. Die Bildung der unteren bzw. oberen Seg- mente der ersten Leitungen des Zellenfeldes im selben Arbeitsgang wie die Bildung der ersten Metallisierungsebene (Metall 1) bzw. der ersten Kontakt-Ebene (Via 1) der Peripherie. Desgleichen werden die unteren bzw. oberen Segmente der zweiten Leitungen gleichzeitig mit der zweiten Metallisie- rungsebene (Metall 2) bzw. der zweiten Kontakt-Ebene (Via 2) gebildet .Deposition steps and structuring steps are used which are required for the production of the peripheral metallization levels and the contacts required therebetween, also called via. The formation of the lower or upper segments of the first lines of the cell array in the same operation as the formation of the first metallization level (metal 1) or the first contact level (via 1) of the periphery. Likewise, the lower or upper segments of the second lines are formed simultaneously with the second metallization level (metal 2) or the second contact level (via 2).
Durch diese Vorgehensweise wird außerdem das technische Problem gelöst, daß zwischen übereinander angeordneten Metalli- sierungsebenen der Peripherie ein sehr viel größerer vertikaler Abstand als zwischen den ersten und den zweiten Leitungen des Zellenfeldes vorhanden ist. Der vertikale Abstand zwischen den ersten und zweiten Leitungen im Zellenfeld wird von den Abmessungen des magnetoresistiven Elementes bestimmt, die typischerweise 20 bis 40 nm betragen. Der Abstand zwischen benachbarten Metallisierungsebenen der Peripherie muß zur Reduzierung parasitärer Kapazitäten wesentlich größer sein. Bei einer 0,35 μm Technologie betragt er typischerweise 350 bis 400 nm. Durch das beschriebene Vorgehen wird dieses Problem gelost, ohne daß zusatzliche Metallisierungsebenen, zusätzli¬ che Topographie oder Vias mit großen Aspektverhaltnissen entstehen.This procedure also solves the technical problem that there is a much greater vertical distance between the metallization levels of the periphery arranged one above the other than between the first and the second lines of the cell array. The vertical distance between the first and second lines in the cell field is determined by the dimensions of the magnetoresistive element, which are typically 20 to 40 nm. The distance between adjacent metallization levels of the periphery must be much larger to reduce parasitic capacitances. at a 0.35 micron technology, it amounts to typically 350 to 400 nm. By the above procedure, this problem is solved arise without additional metallization zusätzli ¬ surface topography or vias with large Aspektverhaltnissen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbei- spielen, die m den Figuren dargestellt sind, naher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which are illustrated in the figures.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Speicherzellenanordnung mit ringförmigen magnetoresistiven Elementen und ersten Leitung und zweiten Leitungen, die jeweils erste Leitungsanteile, die parallel zur Schichtebene verlaufen, und jeweils zweite Leitungsanteile, die senkrecht zur Schichtebene verlaufen, aufweisen.FIG. 1 shows a section through a memory cell arrangement with ring-shaped magnetoresistive elements and first line and second lines, each of which has first line parts that run parallel to the layer plane and second line parts that run perpendicular to the layer plane.
Figur 2 zeigt den m Figur 1 mit II-II bezeichneten Schnitt.FIG. 2 shows the section designated II-II in FIG.
Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf eine Speicherzellenanordnung mit magnetoresistiven ringförmigen Elementen und ersten Leitungen und zweiten Leitungen, deren Projektionen auf die Schichtebene streifenformige Bander sind.FIG. 3 shows a top view of a memory cell arrangement with magnetoresistive annular elements and first lines and second lines, the projections of which on the layer plane are strip-shaped bands.
Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf eine Speicherzellenanordnung mit ringförmigen magnetoresistiven Elementen und ersten Leitungen und zweiten Leitungen, deren Projektionen auf die Schichtebene wellenförmige, polygonzu- gartige Bander sind.FIG. 4 shows a plan view of a memory cell arrangement with ring-shaped magnetoresistive elements and first lines and second lines, the projections of which on the layer plane are wavy, polygon-like bands.
Figur 5 zeigt den m Figur 4 mit V-V bezeichneten Schnitt durch ein magnetoresistives Element und die benachbarten Bereiche der zugehörigen ersten Leitung und der zugehörigen zweiten Leitung. Figur 6 zeigt einen Schnitt durch ein Substrat mit einer ersten Siθ2~Schicht, einer ersten Si3N -Schicht und ei¬ ner zweiten Siθ2~Schicht .FIG. 5 shows the section designated VV in FIG. 4 through a magnetoresistive element and the adjacent regions of the associated first line and the associated second line. Figure 6 shows a section through a substrate having a first SiO 2 layer, a first layer and Si 3 N ei ¬ ner second SiO 2 layer.
Figur 7 zeigt den Schnitt durch das Substrat nach Bildung unterer Segmente erster Leitungen des Zellenfeldes und einer ersten Metallisierungsebene der Peripherie.FIG. 7 shows the section through the substrate after the formation of lower segments of first lines of the cell field and a first metallization level of the periphery.
Figur 8 zeigt das Substrat nach Abscheidung und Strukturie- rung einer zweiten Si3N4~Schicht und einer drittenFIG. 8 shows the substrate after deposition and structuring of a second Si3N4 layer and a third
Siθ2~Schicht .SiO 2 layer.
Figur 9 zeigt das Substrat nach Bildung erster Kontakte der Peripherie und oberer Segmente der ersten Leitungen im Zellenfeld.FIG. 9 shows the substrate after the formation of first contacts of the periphery and upper segments of the first lines in the cell field.
Figur 10 zeigt das Substrat nach Abscheidung einer ersten leitenden Barriereschicht, einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht, einer zweiten ferromagnetischen Schicht und einer zweiten leitenden Barriereschicht.FIG. 10 shows the substrate after deposition of a first conductive barrier layer, a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer, a second ferromagnetic layer and a second conductive barrier layer.
Figur 11 zeigt das Substrat nach Bildung von magnetoresistiven Elementen durch Strukturierung der zuvor abge- schiedenen Schichten unter Anwendung eines selbstjustierten, auf Spacerbildung basierenden Verfahrens, das anhand von Figur 20 bis 22 erläutert wird.FIG. 11 shows the substrate after the formation of magnetoresistive elements by structuring the previously deposited layers using a self-aligned method based on spacer formation, which is explained with reference to FIGS. 20 to 22.
Figur 12 zeigt das Substrat nach Bildung einer planarisieren- den isolierenden Schicht.FIG. 12 shows the substrate after the formation of a planarizing insulating layer.
Figur 13 zeigt das Substrat nach Abscheidung und Strukturierung einer dritten Si3N4~Schicht und einer vierten Siθ2~Schicht . Figur 14 zeigt das Substrat nach Strukturierung der vierten Siθ2~Schicht und der planarisierenden isolierenden Schicht.FIG. 13 shows the substrate after deposition and structuring of a third Si3N4 layer and a fourth SiO2 layer. FIG. 14 shows the substrate after structuring the fourth SiO 2 layer and the planarizing insulating layer.
Figur 15 zeigt das Substrat nach Bildung unterer Segmente von zweiten Leitungen im Zellenfeld und einer zweiten Metallisierungsebene in der Peripherie.FIG. 15 shows the substrate after the formation of lower segments of second lines in the cell field and a second metallization level in the periphery.
Figur 16 zeigt das Substrat nach Abscheidung und Strukturie- rung einer vierten Si3N4~Schicht und einer fünftenFIG. 16 shows the substrate after deposition and structuring of a fourth Si3N4 layer and a fifth
Siθ2~Schicht .SiO 2 layer.
Figur 17 zeigt das Substrat nach Bildung oberer Segmente der zweiten Leitungen im Zellenfeld und zweiter Kontakte der Peripherie.FIG. 17 shows the substrate after the formation of upper segments of the second lines in the cell field and second contacts of the periphery.
Figur 18 zeigt das Substrat nach Abscheidung und Strukturierung einer fünften Si3 4~Schicht und einer sechsten Siθ2-Schicht.FIG. 18 shows the substrate after deposition and structuring of a fifth Si3 4 layer and a sixth SiO 2 layer.
Figur 19 zeigt das Substrat nach Bildung einer dritten Metallisierungsebene .FIG. 19 shows the substrate after formation of a third metallization level.
Figur 20 zeigt einen Schnitt durch ein Substrat mit einem oberen Segment der ersten Leitung nach Abscheidung einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht, nach Abscheidung und Strukturierung einer Hilfsschicht und nach Abscheidung einer konfor- men Schicht.FIG. 20 shows a section through a substrate with an upper segment of the first line after deposition of a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second ferromagnetic layer, after deposition and structuring of an auxiliary layer and after deposition of a conformal layer.
Figur 21 zeigt den Schnitt durch das Substrat nach anisotropem Ätzen der konformen Schicht, wodurch eine spacer- förmige Maske gebildet wird.FIG. 21 shows the section through the substrate after anisotropic etching of the conformal layer, as a result of which a spacer-shaped mask is formed.
Figur 22 zeigt das Substrat nach Entfernen der strukturierten Hilfsschicht und nach Bildung magnetoresistiver Ele- mente durch Strukturierung der ersten ferromagnetischen Schicht, der nichtmagnetischen Schicht und der zweiten ferromagnetischen Schicht.FIG. 22 shows the substrate after removal of the structured auxiliary layer and after formation of magnetoresistive elements. elements by structuring the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer.
Figur 23 zeigt ein magnetoresistives Element mit ringförmigen Schichtelementen .FIG. 23 shows a magnetoresistive element with annular layer elements.
In einer Speicherzellenanordnung sind ringförmige magnetoresistive Elemente 11 jeweils zwischen einer ersten Leitung 12 und einer zweiten Leitung 13 angeordnet (siehe Figur 1 und Figur 2) . Die magnetoresistiven Elemente weisen in einer Schichtebene 14, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, einen ringförmigen Querschnitt auf. Die ersten Leitungen 12 weisen erste Leitungsanteile 121 und zweite Leitungsanteile 122 auf. Die ersten Leitungsanteile 121 verlaufen parallel zu der Schichtebene 14, die zweiten Leitungsanteile 122 dagegen senkrecht zur Schichtebene 14. Entsprechend weisen die zweiten Leitungen 13 erste Leitungsanteile 131 und zweite Leitungsanteile 132 auf. Die ersten Leitungsanteile 131 verlau- fen parallel zur Schichtebene 14, die zweiten Leitungsanteile 132 vertikal zur Schichtebene 14. Fließt ein Strom durch die erste Leitung 12 bzw. durch die zweite Leitung 13, so überwiegt in den ersten Leitungsanteilen 121 bzw. 131 eine parallel zu der Schichtebene 14 gerichtete Stromkomponente. In den zweiten Leitungsanteilen 122 bzw. 132 überwiegt dagegen eine senkrecht zu der Schichtebene 14 gerichtete Stromkomponente.In a memory cell arrangement, ring-shaped magnetoresistive elements 11 are each arranged between a first line 12 and a second line 13 (see FIG. 1 and FIG. 2). The magnetoresistive elements have an annular cross section in a layer plane 14 which runs perpendicular to the plane of the drawing. The first lines 12 have first line parts 121 and second line parts 122. The first line parts 121 run parallel to the layer plane 14, the second line parts 122, however, perpendicular to the layer plane 14. Accordingly, the second lines 13 have first line parts 131 and second line parts 132. The first line parts 131 run parallel to the layer plane 14, the second line parts 132 vertically to the layer plane 14. If a current flows through the first line 12 or through the second line 13, one predominates in parallel in the first line parts 121 and 131 the layer level 14 directed current component. In the second line portions 122 and 132, on the other hand, a current component directed perpendicular to the layer plane 14 predominates.
Fließt ein Strom durch die erste Leitung 12, so bewirken durch die zweiten Leitungsanteile 122 fließende, vertikale Stromkomponenten am Ort der magnetoresistiven Elemente 11 ein azimutales Magnetfeld. Entsprechend bewirken in der zweiten Leitung 13 durch die zweiten Leitungsanteile 132 fließende vertikale Stromkomponenten ein azimutales Magnetfeld am Ort der magnetoresistiven Elemente 11. Werden die ersten Leitun- gen und die zweiten Leitungen 13 so gepolt, daß am Ort des im Kreuzungsbereich zwischen einer der ersten Leitungen 12 und einer der zweiten Leitungen 13 angeordneten magnetoresistiven Elementes 11 die vertikalen Stromkomponenten m dem jeweiligen zweiten Leitungsanteil 122, 132 m derselben Richtung fließen, so kommt es zu einer konstruktiven Überlagerung dieser azimutalen Magnetfelder und die Magnetisierung des m diesem Kreuzungsbereich angeordneten magnetoresistiven Elementes 11 kann umgeschaltet werden.If a current flows through the first line 12, vertical current components flowing through the second line parts 122 cause an azimuthal magnetic field at the location of the magnetoresistive elements 11. Correspondingly, vertical current components flowing through the second line portions 132 in the second line 13 produce an azimuthal magnetic field at the location of the magnetoresistive elements 11. If the first lines and the second lines 13 are poled so that at the location of the intersection between one of the first lines 12 and one of the second lines 13 arranged magnetoresistive Element 11, the vertical current components flow in the respective second line portion 122, 132 m in the same direction, so there is a constructive superposition of these azimuthal magnetic fields and the magnetization of the magnetoresistive element 11 arranged in this crossing region can be switched over.
Das Vorsehen der ersten Leitungsanteile 121, 131 und der zweiten Leitungsanteile 122, 132 fuhrt dazu, daß die ersten Leitungen 12 bzw. die zweiten Leitungen 13 m einer Ebene senkrecht zu der Schichtebene 14 einen stufenförmigen Querschnitt aufweisen.The provision of the first line portions 121, 131 and the second line portions 122, 132 results in the first lines 12 and the second lines 13 having a step-shaped cross section in a plane perpendicular to the layer plane 14.
Eine Speicherzellenanordnung weist erste Leitungen 31 auf, die untereinander parallel verlaufen, und zweite Leitungen 32, die untereinander ebenfalls parallel verlaufen und die die ersten Leitungen 31 kreuzen (siehe Figur 3) . In der Aufsicht weisen die ersten Leitungen 31 und die zweiten Leitungen 32 jeweils einen streifenformigen Querschnitt auf. Sie weisen eine Breite von 0,35 μm, einen gegenseitigen Abstand von 0,35 μm und eine von der Zellenfeidgroße abhangige Lange von ca. 70 bis 700 μm auf.A memory cell arrangement has first lines 31 which run parallel to one another and second lines 32 which also run parallel to one another and which cross the first lines 31 (see FIG. 3). When viewed from above, the first lines 31 and the second lines 32 each have a strip-shaped cross section. They have a width of 0.35 μm, a mutual distance of 0.35 μm and a length of approx. 70 to 700 μm depending on the cell area.
Im Kreuzungsbereich zwischen einer der ersten Leitungen 31 und einer der zweiten Leitungen 32 ist jeweils ein magnetore- sistives Element 33 mit einem ringförmigen Querschnitt angeordnet. Da es m der Aufsicht in Figur 3 von der zweiten Leitung 32 jeweils verdeckt ist, ist m Figur 3 die Kontur des magnetoresistiven Elementes 33 jeweils gestrichelt emge- zeichnet.In the area of intersection between one of the first lines 31 and one of the second lines 32, a magnetoresistive element 33 with an annular cross section is arranged in each case. Since it is covered by the second line 32 in the view in FIG. 3, the contour of the magnetoresistive element 33 is shown in dashed lines in FIG.
Die ersten Leitungen 31 sowie die zweiten Leitungen 32 weisen m einem Schnitt senkrecht zur Zeichenebene und parallel zum streifenformigen Verlauf einen stufenförmigen Querschnitt mit ersten Leitungsanteilen, die parallel zur Zeichenebene verlaufen, und zweiten Leitungsanteilen, die senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, auf, wie anhand von Figur 1 und 2 be- schrieben. Fließt ein Strom durch die erste Leitung 31 bzw. durch die zweite Leitung 32, so überwiegt m den ersten Leitungsanteilen jeweils eine parallel zu dem ringförmigen Quer¬ schnitt gerichtete Stromkomponente. In den zweiten Leitungs- anfeilen überwiegt dagegen eine senkrecht zu dem ringförmigen Querschnitt gerichtete Stromkomponente. Oberhalb und unterhalb jedes der magnetoresistiven Elemente 33 ist ein zweiter Leitungsanteil der zugehörigen ersten Leitung 31 und der zugehörigen zweiten Leitung 32 angeordnet, m dem ein Strom senkrecht zu dem ringförmigen Querschnitt des magnetoresistiven Elementes 33 fließen kann.The first lines 31 and the second lines 32 have a section perpendicular to the plane of the drawing and parallel to the strip-shaped course, a step-shaped cross section with first line components that run parallel to the drawing plane and second line components that run perpendicular to the drawing plane, as shown in FIG 1 and 2 loading wrote. A current flows through the first conduit 31 and through the second conduit 32, so predominates m the first line portions each having a cut parallel to the annular cross ¬ directed flow component. In the second part of the line, on the other hand, a current component directed perpendicular to the annular cross section predominates. Arranged above and below each of the magnetoresistive elements 33 is a second line component of the associated first line 31 and the associated second line 32, with which a current can flow perpendicular to the annular cross section of the magnetoresistive element 33.
In einer Speicherzellenanordnung sind ringförmige magnetoresistive Elemente 41 m einer Ebene, die als Schichtebene be- zeichnet wird, rasterformig m Zeilen und Spalten angeordnet (siehe Figur 4 ) .In a memory cell arrangement, ring-shaped magnetoresistive elements 41 are arranged in a grid, m rows and columns, in a plane which is referred to as the layer plane (see FIG. 4).
Jedes der magnetoresistiven Elemente 41 ist zwischen einer ersten Leitung 42 und einer zweiten Leitung 43 angeordnet. Die Projektion der ersten Leitungen 42 und der zweiten Leitungen 43 auf die Schichtebene sind jeweils wellenförmige, polygonzugartige Bander, die zu der jeweiligen Zeile bzw. Spalte parallele Anteile enthalten. Diese parallelen Anteile sind bezüglich der Geraden durch die Mittelpunkte benachbar- ter magnetoresistiver Elemente 41 alternierend parallel versetzt angeordnet.Each of the magnetoresistive elements 41 is arranged between a first line 42 and a second line 43. The projection of the first lines 42 and the second lines 43 onto the layer plane are in each case wavy, polygon-like bands which contain portions parallel to the respective row or column. These parallel portions are alternately staggered in parallel with respect to the straight line through the centers of adjacent magnetoresistive elements 41.
Senkrecht zu der Zeichenebene weisen die ersten Leitungen 42 und die zweiten Leitungen 43 einen stufenförmigen Querschnitt auf (siehe Figur 5, m der der m Figur 4 mit V-V bezeichnete Schnitt dargestellt ist) . Die erste Leitung 42 weist einen ersten Leitungsanteil 421 und einen zweiten Leitungsanteil 422 auf. Der erste Leitungsanteil 421 verlauft parallel zur Zeichenebene, der zweite Leitungsanteil 422 verlauft dagegen senkrecht zur Zeichenebene. Die zweite Leitung 43 weist einen ersten Leitungsanteil 431 auf, der parallel zur Zeichenebene verlauft. Die zweite Lei¬ tung 43 weist darüber hinaus einen zweiten Leitungsanteil 432 auf, der senkrecht zur Zeichenebene verlauft.Perpendicular to the plane of the drawing, the first lines 42 and the second lines 43 have a step-shaped cross section (see FIG. 5, m which is the section labeled VV in FIG. 4). The first line 42 has a first line part 421 and a second line part 422. The first line part 421 runs parallel to the drawing plane, the second line part 422, on the other hand, runs perpendicular to the drawing plane. The second line 43 has a first line component 431, which runs parallel to the plane of the drawing. The second Lei ¬ tung 43 further has a second line portion 432, which proceeds perpendicular to the plane.
Entlang jeder der ersten Leitungen 42 und der zweiten Leitungen 43 sind alternierende erste Leitungsanteile 421, 431 und zweite Leitungsanteile 422, 432 angeordnet.Alternating first line parts 421, 431 and second line parts 422, 432 are arranged along each of the first lines 42 and the second lines 43.
Auf ein Substrat 61 aus monokristallmem Silizium, das Bauelemente wie MOS-Transistoren und dergleichen enthalt, werden eine erste Sιθ2~Schιcht 62 m einer Schichtdicke von 50 bis 100 nm, eine erste Si3N4-Schιcht 63 m einer Schichtdicke von 30 bis 50 nm und eine zweite Sιθ2-Schιcht 64 m einer Schichtdicke von 400 bis 800 nm aufgebracht (siehe Figur 6) . Unter Verwendung einer photolithographisch erzeugten Lackmaske und anisotropem Atzen wird die zweite Sιθ2-Schιcht 64 so strukturiert, daß m der zweiten Sιθ2-Schιcht 64 Graben 64 x geöffnet werden.On a substrate 61 made of monocrystalline silicon, which contains components such as MOS transistors and the like, a first layer of SiO 2 is 62 m with a layer thickness of 50 to 100 nm, a first layer of Si3N4 layer 63 m with a layer thickness of 30 to 50 nm and one second Si2 layer 64 m applied with a layer thickness of 400 to 800 nm (see FIG. 6). Using a resist mask photolithographically generated and anisotropic etching the second Sιθ2-Schιcht 64 is structured to be opened m the second Sιθ2-Schιcht trench 64 64 x.
Nachfolgend werden ganzflachig eine erste leitende Diffusi- onsbamereschicht 65 aus TaN/Ta m einer Dicke von 50 nm und eine erste leitende Schicht aus Kupfer abgeschieden. Die erste leitende Schicht aus Kupfer wird m einer solchen Dicke abgeschieden, daß sie die Graben 64 x vollständig auffüllt.Subsequently, a first conductive diffusion bamer layer 65 made of TaN / Ta m with a thickness of 50 nm and a first conductive layer made of copper are deposited over the whole area. The first conductive layer of copper is deposited to such a thickness that it completely fills the trenches 64 times .
Die erste leitende Diffusionsbarriereschicht 65 und die erste leitende Schicht werden durch chemisch mechanisches Polieren strukturiert. Dabei werden die Oberflache der zweiten S1O2- Schicht 64 freigelegt und die m die Graben 64 ' eingebetteten unteren Segmente 67 einer ersten Leitung im Bereich einesThe first conductive diffusion barrier layer 65 and the first conductive layer are structured by chemical mechanical polishing. The surface of the second S1O2 layer 64 is exposed and the lower segments 67 of the first line in the area of a first line embedded in the trenches 64 '
Zellenfeldes Z und Leitungen einer ersten Metallisierungsebene 68 im Bereich einer Peripherie P erzeugt (siehe Figur 7) .Cell field Z and lines of a first metallization level 68 are generated in the area of a periphery P (see FIG. 7).
Nachfolgend werden eine zweite Si3N4~Sc ιcht 69 m einer Dik- ke von 30 bis 50 nm und eine dritte Sιθ2~Schιcht 610 m einer Dicke von 400 bis 800 nm abgeschieden und mit Hilfe einer photolithographisch erzeugten Lackmaske und anisotropem Atzen strukturiert (siehe Figur 8). Dabei werden Graben 610 λ gebil¬ det.A second Si3N4 layer 69 m thick from 30 to 50 nm and a third Si2 layer 610 m thick 400 to 800 nm thick are deposited using a photolithographically produced resist mask and anisotropic etching structured (see Figure 8). In this case, trench 610 are det λ gebil ¬.
Anschließend werden ganzflachig eine zweite leitende Barrie- reschicht 611 und eine zweite leitende Schicht 612 abgeschie¬ den. Die zweite leitende Barriereschicht 611 wird m einer Schichtdicke von 50 nm aus TaN/Ta gebildet. Die zweite lei¬ tende Schicht wird aus Kupfer m einer solchen Schichtdicke abgeschieden, daß sie die Graben 610 λ auffüllt. Durch CMP werden die zweite leitende Schicht und die zweite leitende Barriereschicht 611 planarisiert, so daß die Oberflache der zweiten Sιθ2-Schιcht 610 freigelegt wird und m die Graben 610 λ eingebettete obere Segmente der ersten Leitung 613 und erste Kontakte 614 erzeugt werden (siehe Figur 9) . Die oberen Segmente 613 der ersten Leitung und die unteren Segmente 67 der ersten Leitung überlappen sich teilweise.A second conductive barrier layer 611 and a second conductive layer 612 are then deposited over the entire area . The second conductive barrier layer 611 is formed with a layer thickness of 50 nm from TaN / Ta. The second lei ¬ tend layer is made of copper m thickness of such a layer deposited to fill the trench 610 λ. The second conductive layer and the second conductive barrier layer 611 are planarized by CMP, so that the surface of the second Si 2 layer 610 is exposed and the trenches λ embedded upper segments of the first line 613 and first contacts 614 are produced (see FIG. 9 ). The upper segments 613 of the first line and the lower segments 67 of the first line partially overlap.
Anschließend wird ganzflachig eine erste Barriereschicht 615, eine erste ferromagnetische Schicht 616, eine nichtmagneti- sehe Schicht 617, eine zweite ferromagnetische Schicht 618 und eine zweite Diffusionsbarriereschicht 619 abgeschieden (siehe Figur 10) . Die erste Diffusionsbarriereschicht 615 und die zweite Diffusionsbarriereschicht 619 werden m einer Schichtdicke von 10 bis 30 nm aus Ta gebildet. Die erste fer- romagnetische Schicht 616 wird in einer Schichtdicke von 3 bis 10 nm aus Co gebildet. Die nichtmagnetische Schicht 617 wird m einer Schichtdicke von 1 bis 3 nm aus AI2O3 gebildet. Die zweite ferromagnetische Schicht 618 wird m einer Schichtdicke von 3 bis 10 nm aus NiFe gebildet. In Figur 10 sind der Uberlichtlichkeit halber die erste ferromagnetische Schicht 616, die nichtmagnetische Schicht 617 und die zweite ferromagnetische Schicht 618 als Dreifachschicht 616, 617, 618 dargestellt.A first barrier layer 615, a first ferromagnetic layer 616, a non-magnetic layer 617, a second ferromagnetic layer 618 and a second diffusion barrier layer 619 are then deposited over the entire surface (see FIG. 10). The first diffusion barrier layer 615 and the second diffusion barrier layer 619 are formed from Ta in a layer thickness of 10 to 30 nm. The first ferromagnetic layer 616 is formed from Co in a layer thickness of 3 to 10 nm. The non-magnetic layer 617 is formed from Al 2 O 3 with a layer thickness of 1 to 3 nm. The second ferromagnetic layer 618 is formed with a layer thickness of 3 to 10 nm from NiFe. For the sake of clarity, FIG. 10 shows the first ferromagnetic layer 616, the non-magnetic layer 617 and the second ferromagnetic layer 618 as a triple layer 616, 617, 618.
Unter Verwendung einer Maske 620 werden durch anisotropes Atzen der ersten Diffusionsbarriereschicht 615, der ersten ferromagnetischen Schicht 616, der nichtmagnetischen Schicht 617, der zweiten ferromagnetischen Schicht 618 und der zweiten Diffusionsbarriereschicht 619 magnetoresistive Elemente 621 gebildet, die parallel zur Oberflache des Substrats 61 einen ringförmigen Querschnitt aufweisen (siehe Figur 11). Die Maske 620 wird mit einem selbstjustierten Prozeß erzeugt, der anhand der Figuren 20 bis 22 weiter unten erläutert.Using a mask 620, by anisotropically etching the first diffusion barrier layer 615, the first ferromagnetic layer 616, the non-magnetic layer 617, the second ferromagnetic layer 618 and the second diffusion barrier layer 619 magnetoresistive elements 621 are formed, which have an annular cross section parallel to the surface of the substrate 61 (see FIG. 11). The mask 620 is produced using a self-aligned process, which is explained below with reference to FIGS. 20 to 22.
Durch Abscheidung und Planarisierung mit CMP einer vierten Sιθ2-Schιcht 622 werden die magnetoresistiven Elemente 621 mit isolierendem Material umgeben (siehe Figur 12) .The magnetoresistive elements 621 are surrounded with insulating material by deposition and planarization with CMP of a fourth Si2 layer 622 (see FIG. 12).
Nachfolgend wird eine dritte Si3N4~Schιcht 623 abgeschieden und unter Verwendung einer Photolackmaske 624 so strukturiert, daß die magnetoresistiven Elemente 621 von der dritten Si3N -Schιcht 623 bedeckt bleiben, wahrend diese Schicht im Bereich der Peripherie entfernt wird (siehe Figur 13) .A third Si 3 N 4 layer 623 is subsequently deposited and structured using a photoresist mask 624 in such a way that the magnetoresistive elements 621 remain covered by the third Si 3 N layer 623, while this layer is removed in the region of the periphery (see FIG. 13 ).
Nach Entfernen der Photolackmaske 624 wird ganzflachig eine fünfte Sιθ2-Schιcht 625 m einer Dicke von 400 bis 800 nm ab- geschieden, an deren Oberflache durch photolithographische Prozeßschritte eine Photolackmaske 626 gebildet wird.After removal of the photoresist mask 624, a fifth Si2 layer 625 m is deposited over the entire surface and has a thickness of 400 to 800 nm, on the surface of which a photoresist mask 626 is formed by photolithographic process steps.
Unter Verwendung der Photolackmaske 626 als Atzmaske werden die fünfte Sιθ2-Schιcht 625 und die vierte Sιθ2-Schιcht 622 strukturiert. Dabei werden Graben 625 λ erzeugt (siehe Figur 14) . Oberhalb der magnetoresistiven Elemente 621 verbleibt die dritte Si3N4-Schιcht 623.The fifth Si2 layer 625 and the fourth Si2 layer 622 are structured using the photoresist mask 626 as an etching mask. In this case, trenches are produced λ 625 (see Figure 14). The third Si 3 N4 layer 623 remains above the magnetoresistive elements 621.
Nach Entfernen der Maske 626 wird eine dritte leitende Bar- riereschicht 627 und eine dritte leitende Schicht abgeschieden, die die Graben 625 λ auffüllen (siehe Figur 15). Die dritte leitende Barriereschicht 627 wird m einer Schichtdik- ke von 30 bis 50 nm aus Ta/TaN gebildet. Die dritte leitende Schicht wird aus Kupfer gebildet. Durch chemisch mechanisches Polieren werden die dritte leitende Barriereschicht 627 und die dritte leitende Schicht planarisiert . Dabei wird die Oberflache der fünften Sιθ2~Schιcht 625 freigelegt. Im Zel- lenfeld Z wird ein unteres Segment 629 einer zweiten Leitung und m der Peripherie P eine zweite Metallisierungsebene 630 gebildet (siehe Figur 15) . Es werden ganzflachig eine vierte Si3N4~Schιcht 631 m einer Schichtdicke von 30 bis 50 nm und eine sechste Sιθ2-Schιcht 632 m einer Schichtdicke von 400 bis 800 nm abgeschieden. Darauf wird eine Maske 633 aus Photolack mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte hergestellt. Durch anisotropes Atzen werden die sechste S1O2- Schicht 632 und die vierte Si3N4~Schιcht 631 strukturiert, wobei Graben 632 gebildet werden (siehe Figur 16).After removing the mask 626, a third conductive bar is centering layer 627 and depositing a third conductive layer, the λ fill the trench 625 (see Figure 15). The third conductive barrier layer 627 is formed from Ta / TaN in a layer thickness of 30 to 50 nm. The third conductive layer is made of copper. The third conductive barrier layer 627 and the third conductive layer are planarized by chemical mechanical polishing. The surface of the fifth layer 625 is exposed. In the cell lenfeld Z a lower segment 629 of a second line and m of the periphery P a second metallization level 630 is formed (see Figure 15). A fourth Si3N4 layer 631 m with a layer thickness of 30 to 50 nm and a sixth Si2 layer 632 m with a layer thickness of 400 to 800 nm are deposited over the entire surface. A mask 633 is then made of photoresist using photolithographic process steps. The sixth S1O2 layer 632 and the fourth Si3N4 layer 631 are structured by anisotropic etching, trenches 632 being formed (see FIG. 16).
Nach Entfernen der Maske 633 werden an den Flanken der Graben 632 eine vierte leitende Barriereschicht 634 und eine vierte leitende Schicht abgeschieden, die die Graben 632 λ auffüllen. Die vierte leitende Barriereschicht 634 wird aus TaN/Ta m einer Schichtdicke von 50 nm gebildet. Der Boden der Graben wird durch Sputter- und/oder RIE-Prozesse freigelegt. Die vierte leitende Schicht wird aus Kupfer m einer solchen Schichtdicke gebildet, daß die Graben 632 aufgefüllt werden. Die vierte leitende Barriereschicht 634 und die vierte leitende Schicht werden durch CMP planarisiert, wobei die Oberflache der sechsten Sιθ2~Schιcht 632 freigelegt wird. Gleichzeitig werden aus der vierten leitenden Schicht zweite Kontakte 636 m der Peripherie P und obere Segmente 637 der zweiten Leitung im Zellenfeld Z gebildet (siehe Figur 17) .After the mask 633 has been removed, a fourth conductive barrier layer 634 and a fourth conductive layer are deposited on the flanks of the trenches 632 and fill the trenches 632 λ . The fourth conductive barrier layer 634 is formed from TaN / Ta m with a layer thickness of 50 nm. The bottom of the trenches is exposed by sputtering and / or RIE processes. The fourth conductive layer is formed from copper with a layer thickness such that the trenches 632 are filled. The fourth conductive barrier layer 634 and the fourth conductive layer are planarized by CMP, the surface of the sixth layer 632 being exposed. At the same time, second contacts 636 m of the periphery P and upper segments 637 of the second line in the cell field Z are formed from the fourth conductive layer (see FIG. 17).
Es folgt die Abscheidung und Strukturierung einer fünften Si3N4~Sc ιcht 638 m einer Dicke von 30 bis 50 nm und einer siebten Sιθ2~Schιcht 639 m einer Dicke von 400 bis 800 nm. Bei der Strukturierung mit Hilfe einer nicht dargestelltenThis is followed by the deposition and structuring of a fifth Si3N4 layer 638 m with a thickness of 30 to 50 nm and a seventh Si2 layer 639 m with a thickness of 400 to 800 nm. When structuring with the aid of a not shown
Photolackmaske und anistropem Atzen werden Graben 639 geöffnet, die auf zweite Kontakte 636 reichen (siehe Figur 18) .Photoresist mask and anistropic etching trenches 639 are opened, which extend to second contacts 636 (see FIG. 18).
Durch Abscheidung und Planarisierung mit Hilfe von CMP von einer fünften leitenden Barriereschicht 640 aus Ta/TaN m einer Schichtdicke von 30 bis 50 nm und einer fünften leitenden Schicht aus Kupfer werden die Gräben 639 λ mit einer dritten Metallisierungsebene 642 aufgefüllt (siehe Figur 19) .By deposition and planarization with the aid of CMP from a fifth conductive barrier layer 640 made of Ta / TaN m with a layer thickness of 30 to 50 nm and a fifth conductive Layer of copper be λ, the trenches filled with a third metallization 642,639 (see Figure 19).
Auf ein Substrat 71, das im Bereich der Oberfläche eine Dif- fusionsbarriereschicht aufweist, werden eine erste ferromagnetische Schicht 72 aus Co in einer Schichtdicke von 3 bis 10 nm, eine nichtmagnetische Schicht 73 aus AI2O3 in einer Schichtdicke von 1 bis 3 nm und eine zweite ferromagnetische Schicht 74 aus NiFe in einer Schichtdicke von 3 bis 10 nm aufgebracht (siehe Figur 20) .A first ferromagnetic layer 72 made of Co in a layer thickness of 3 to 10 nm, a non-magnetic layer 73 made of Al 2 O 3 in a layer thickness of 1 to 3 nm and a are placed on a substrate 71 which has a diffusion barrier layer in the region of the surface second ferromagnetic layer 74 made of NiFe applied in a layer thickness of 3 to 10 nm (see FIG. 20).
Auf die zweite ferromagnetische Schicht 74 wird eine Hilfsschicht 75 aus Si3N4 in einer Dicke von 50 bis 100 nm aufgebracht und mit Hilfe einer Photolackmaske (nicht dargestellt) strukturiert. Dabei wird in der Hilfsschicht 75 eine Öffnung erzeugt, in der die Oberfläche der zweiten ferromagnetischen Schicht 74 freigelegt ist.An auxiliary layer 75 made of Si 3 N4 is applied to the second ferromagnetic layer 74 in a thickness of 50 to 100 nm and structured using a photoresist mask (not shown). In this case, an opening is created in the auxiliary layer 75, in which the surface of the second ferromagnetic layer 74 is exposed.
Nachfolgend wird eine konforme Schicht 76 aus Siθ2 oder Ta in einer Schichtdicke von 80 bis 120 nm gebildet.Subsequently, a conformal layer 76 of SiO 2 or Ta is formed in a layer thickness of 80 to 120 nm.
Durch anisotropes Ätzen (RIE) mit F- oder Cl-haltigen Reaktionsgasen wird aus der konformen Schicht 76 ein Spacer 77 gebildet, der herstellungsbedingt ringförmig ist (siehe Figur 21) . Der Spacer 77 wird nach Entfernen der strukturiertenAnisotropic etching (RIE) with F- or Cl-containing reaction gases forms a spacer 77 from the conformal layer 76, which is ring-shaped due to the manufacturing process (see FIG. 21). The spacer 77 is removed after the structured
Hilfsschicht 75 als Ätzmaske verwendet, um die zweite ferromagnetische Schicht 74, die nichtmagnetische Schicht 73 und die erste ferromagnetische Schicht 72 (eventuell einschließlich nicht gezeichneter Diffusionsbarrieren) zu strukturie- ren. Dabei wird ein ringförmiges, magnetoresistives Element 78 gebildet. Wenn der Spacer 77 aus Ta gebildet wurde, das Diffusionsbarrierewirkung aufweist, kann er als Diffusionsbarriere in der Speicherzellenanordnung verwendet werden.Auxiliary layer 75 is used as an etching mask in order to structure the second ferromagnetic layer 74, the non-magnetic layer 73 and the first ferromagnetic layer 72 (possibly including diffusion barriers, not shown). An annular, magnetoresistive element 78 is formed in the process. If the spacer 77 was formed from Ta that has a diffusion barrier effect, it can be used as a diffusion barrier in the memory cell arrangement.
Ein magnetoresistives Element 81, das einen ringförmigenA magnetoresistive element 81, which is an annular
Querschnitt aufweist, umfaßt mindestens ein erstes ferroma- gnetisches Schichtelement 82, ein nichtmagnetisches Schichte- lement 83 und ein zweites ferromagnetisches Schichtelement 84, die als Stapel übereinander angeordnet sind. Das erste ferromagnetische Schichtelement 82 weist eine Schichtdicke von 3 bis 10 nm, einen Außendurchmesser von 350 nm und einen Innendurchmesser von 100 bis 190 nm auf und enthalt Co. Das nichtmagnetische Schichtelement 83 weist eine Dicke von 1 bis 3 nm auf und enthalt AI2O3. Das zweite ferromagnetische Schichtelement 84 weist eine Dicke zwischen 3 und 10 nm auf und enthalt NiFe. Das nichtmagnetische Schichtelement 83 und das zweite ferromagnetische Schichtelement 84 weisen den gleichen Querschnitt wie das erste ferromagnetische Schichtelement auf.Cross-section, comprises at least a first ferromagnetic layer element 82, a non-magnetic layer element 83 and a second ferromagnetic layer element 84, which are arranged as a stack one above the other. The first ferromagnetic layer element 82 has a layer thickness of 3 to 10 nm, an outer diameter of 350 nm and an inner diameter of 100 to 190 nm and contains Co. The non-magnetic layer element 83 has a thickness of 1 to 3 nm and contains Al2O3. The second ferromagnetic layer element 84 has a thickness between 3 and 10 nm and contains NiFe. The non-magnetic layer element 83 and the second ferromagnetic layer element 84 have the same cross section as the first ferromagnetic layer element.
Das erste ferromagnetische Schichtelement 82 und das zweite ferromagnetische Schichtelement 84 können jeweils eine Magnetisierung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn aufweisen. Stimmt die Magnetisierung des ersten ferromagnetischen Schichtelementes 82 mit der des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes 84 m der Richtung uberem, so weist das magnetoresistive Element 81 einen geringeren Widerstand auf, als wenn die Magnetisierungen des ersten ferromagnetischen Schichtelementes 82 und des zweiten ferromagnetischen Schichtelementes 84 entgegengesetzt ausgerichtet sind.The first ferromagnetic layer element 82 and the second ferromagnetic layer element 84 can each have a magnetization in the clockwise or counterclockwise direction. If the magnetization of the first ferromagnetic layer element 82 coincides with that of the second ferromagnetic layer element 84 m, the magnetoresistive element 81 has a lower resistance than if the magnetizations of the first ferromagnetic layer element 82 and the second ferromagnetic layer element 84 are oriented in opposite directions.
Zur Verstärkung der Vertikalkomponenten der Schreibstrome m den ersten und zweiten Leitungen und der dadurch erzeugten azimutalen Magnetfelder am Ort der Speicherelemente, zur Einsparung einer photolithographischen Struktuπerungsebene und zur sicheren lateralen Isolation der magnetoresistiven Ele- mente können folgende Prozeßmodifikationen des anhand von Figur 6 bis Figur 19 beschriebenen Prozeßablaufes durchgeführt werden:To amplify the vertical components of the write currents in the first and second lines and the azimuthal magnetic fields generated thereby at the location of the memory elements, to save a photolithographic structure level and to reliably isolate the magnetoresistive elements, the following process modifications of the one described with reference to FIGS. 6 to 19 can be carried out Process flow are carried out:
Die zweite Sιθ2~Schιcht 64 wird mit größerer Dicke (zum Bei- spiel um den Faktor 2 dicker) abgeschieden. Dadurch entstehen tiefere Graben 62' und nach dem CMP-Schπtt entsprechend dik- kere untere Segmente 67 der ersten Leitungen. Durch naßchemi- sches Ruckatzen von Kupfer (zum Beispiel mit Ammonium-peroxo- disulfat (NH )2S2θg) wird die Oberflache dieser Segmente unter die der zweiten Sιθ2-Schιcht 64 abgesenkt, so daß die Graben 64' nur teilweise (zum Beispiel bis zur Hälfte) aufgefüllt sind. Anschließend werden die zweite Si3N4-Schιcht 69 und die dritte Sιθ2-Schιcht 610 abgeschieden. Die weiteren Prozeßschritte erfolgen bis zur Fertigstellung der oberen Segmente 613 der ersten Leitungen im wesentlichen unverändert.The second layer 64 layer 64 is deposited with a greater thickness (for example by a factor of 2 thicker). This creates deeper trenches 62 ′ and, after the CMP step, correspondingly thicker lower segments 67 of the first lines. By wet chemical If the copper is scratched back (for example with ammonium peroxodisulfate (NH) 2S2θg), the surface of these segments is lowered below that of the second Si02 layer 64, so that the trenches 64 'are only partially filled (for example up to half) . Then the second Si3N4 layer 69 and the third Si2 layer 610 are deposited. The further process steps take place essentially unchanged until the completion of the upper segments 613 of the first lines.
Nach Strukturierung der magnetoresistiven Elemente 621, bei der die Ringstruktur dieser Elemente mit Hilfe selbstjustier- ter Spacer erzeugt wurde, wird die vierte Sιθ2-Schιcht 622 durch einen anisotropen RIE-Prozeß (zum Beispiel unter Ver- wendung C- und F-haltiger Atzgase) so zuruckgeatzt, daß die magnetoresistiven Elemente 621 durch Sιθ2~Spacer lateral isoliert werden. Anschließend wird die dritte Si3N4~Schιcht 623 möglichst konform abgeschieden. Ohne diese Schicht zu strukturieren wird die fünfte Sιθ2-Schιcht 625 für die unteren Segmente der zweiten Leitungen abgeschieden und durch einen kurzen CMP-Schπtte planarisiert . Dann werden die fünfte Sιθ2~Schιcht 625 selektiv zur dritten Si3N4~Schιcht 623 und diese selektiv zu den Sιθ2~Spacern der vierten Sιθ2-Schιcht 622 strukturiert.After structuring the magnetoresistive elements 621, in which the ring structure of these elements has been generated with the aid of self-aligned spacers, the fourth Si2 layer 622 is produced by an anisotropic RIE process (for example using etching gases containing C and F). so that the magnetoresistive elements 621 are laterally isolated by SiO 2 spacers. The third Si3N4 layer 623 is then deposited as conformingly as possible. Without structuring this layer, the fifth Si2 layer 625 is deposited for the lower segments of the second lines and planarized by a short CMP layer. Then the fifth Si2 layer 625 are selectively structured to form the third Si3N4 layer 623 and these are selectively structured to form the Si2 spacers of the fourth Si2 layer 622.
Alle weiteren Prozeßschritte werden wie bereits beschrieben durchgeführt, wobei die Vertikalkomponenten des Schreibstromes m den zweiten Leitungen analog wie für die ersten Leitungen verstärkt werden. All further process steps are carried out as already described, the vertical components of the write current m being amplified in the second lines analogously to the first lines.

Claims

Patentansprüche claims
1. Speicherzellenanordnung,1. memory cell arrangement,
- mit mindestens einem magnetoresistiven Element, das einen m einer Schichtebene ringförmigen Querschnitt und Schichtelemente aufweist, die senkrecht zur Schichtebene übereinander gestapelt sind,with at least one magnetoresistive element which has an annular cross section in a layer plane and layer elements which are stacked one above the other perpendicular to the layer plane,
- mit mindestens einer ersten Leitung und mindestens einer zweiten Leitung,with at least one first line and at least one second line,
- bei der die erste Leitung die zweite Leitung kreuzt und das magnetoresistive Element im Kreuzungsbereich zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist,in which the first line crosses the second line and the magnetoresistive element is arranged in the crossover region between the first line and the second line,
- bei der im Kreuzungsbereich die erste Leitung und die zweite Leitung bezuglich der Schichtebene auf unterschiedlichen Seiten des magnetoresistiven Elementes angeordnet sind,in which the first line and the second line are arranged on different sides of the magnetoresistive element with respect to the layer plane in the crossing region,
- bei der die erste Leitung und/oder die zweite Leitung mindestens einen ersten Leitungsanteil, m dem eine parallel zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, und einen zweiten Leitungsanteil, m dem eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, aufweist/aufweisen.- In which the first line and / or the second line has / have at least a first line component, in which a current component directed parallel to the layer plane predominates, and a second line component, m in which a current component directed perpendicular to the layer plane predominates.
2. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1,2. Memory cell arrangement according to claim 1,
- bei der der erste Leitungsanteil der ersten Leitung und/oder der zweiten Leitung jeweils parallel zu der Schichtebene verlauft,in which the first line portion of the first line and / or the second line runs parallel to the layer plane,
- bei der der zweite Leitungsanteil der ersten Leitung und/oder der zweiten Leitung jeweils im Kreuzungsbereich zwischender ersten Leitung und der zweiten Leitung eine zur Schichtebene parallele Ebene kreuzt. - In which the second line portion of the first line and / or the second line crosses a plane parallel to the layer plane in the area of intersection between the first line and the second line.
3. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zweite Leitungsanteil jeweils im wesentlichen senkrecht zur Schichtebene verlauft.3. Memory cell arrangement according to claim 1 or 2, in which the second line portion extends essentially perpendicular to the layer plane.
4. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Leitung und die zweite Leitung jeweils mindestens einen ersten Leitungsanteil und einen zweiten Leitungsanteil aufweisen, m denen eine parallel zur Schichtebe- ne gerichtete Stromkomponente überwiegt bzw. eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt4. Memory cell arrangement according to one of claims 1 to 3, in which the first line and the second line each have at least a first line component and a second line component, in which a current component directed parallel to the layer plane predominates or a current component directed perpendicular to the layer plane prevails
5. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das magnetoresistive Element zwischen die erste Lei- tung und die zweite Leitung geschaltet ist.5. Memory cell arrangement according to one of claims 1 to 4, in which the magnetoresistive element is connected between the first line and the second line.
6. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das magnetoresistive Element jeweils mindestens ein erstes ferromagnetisches Schichtelement, ein nichtmagneti- sches Schichtelement und ein zweites ferromagnetisches6. Memory cell arrangement according to one of claims 1 to 5, in which the magnetoresistive element in each case at least a first ferromagnetic layer element, a non-magnetic layer element and a second ferromagnetic
Schichtelement aufweist, wobei das nichtmagnetische Schichtelement zwischen dem ersten ferromagnetischen Schichtelement und dem zweiten ferromagnetischen Schichtelement angeordnetHas layer element, wherein the non-magnetic layer element between the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element is arranged
7. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 6,7. Memory cell arrangement according to claim 6,
- bei der das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Bi, Gd und/oder Dy enthalten,in which the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element contain Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Bi, Gd and / or Dy,
- bei der das erste ferromagnetische Schichtelement und das zweite ferromagnetische Schichtelement senkrecht zur Schichtebene eine Dicke zwischen 2 nm und 20 nm aufweisen,in which the first ferromagnetic layer element and the second ferromagnetic layer element have a thickness between 2 nm and 20 nm perpendicular to the layer plane,
bei der das nichtmagnetische Schichtelement AI2O3, NiO, Hf02, Tι0 , NbO, Sι02, Cu, Au, Ag und/oder AI enthalt und senkrecht zur Schichtebene eine Dicke zwischen 1 nm und 5 nm aufweist,in which the non-magnetic layer element contains AI2O3, NiO, Hf0 2 , Tι0, NbO, Sι0 2 , Cu, Au, Ag and / or Al and perpendicular to the layer plane has a thickness between 1 nm and 5 nm,
- bei der das erste ferromagnetische Schichtelement, das zweite ferromagnetische Schichtelement und das nichtmagnetische Schichtelement parallel zur Schichtebene Abmessungen zwischen 50 und 1000 nm aufweisen.- In which the first ferromagnetic layer element, the second ferromagnetic layer element and the non-magnetic layer element have dimensions between 50 and 1000 nm parallel to the layer plane.
8. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,8. Memory cell arrangement according to one of claims 1 to 7,
- bei der eine Vielzahl gleichartiger magnetoresistiver Elemente vorgesehen ist, die matrixartig angeordnet sind,a plurality of magnetoresistive elements of the same type are provided, which are arranged in a matrix,
- bei der eine Vielzahl gleichartiger erster Leitungen und gleichartiger zweiter Leitungen vorgesehen sind,in which a multiplicity of identical first lines and identical second lines are provided,
- bei der sich die ersten Leitungen und die zweiten Leitungen kreuzen,- where the first lines and the second lines cross,
- bei der im Kreuzungsbereich zwischen einer der ersten Leitungen und einer der zweiten Leitungen jeweils eines der magnetoresistiven Elemente angeordnet ist,in which one of the magnetoresistive elements is arranged in the intersection between one of the first lines and one of the second lines,
- bei der die ersten Leitungen und/oder die zweiten Leitungen jeweils alternierend erste Leitungsanteile, in denen eine parallel zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, und zweite Leitungsanteile, in denen eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, aufweisen.- In which the first lines and / or the second lines each have alternating first line portions in which a current component directed parallel to the layer level predominates, and second line portions in which a current component directed perpendicular to the layer level predominates.
9. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 8,9. The memory cell arrangement as claimed in claim 8,
- bei der die ersten Leitungsanteile und die zweiten Leitungsanteile einer der ersten Leitungen und/oder einer der zweiten Leitungen so angeordnet sind, daß die betreffende Leitung in einer Ebene parallel zur Schichtebene einen streifenförmigen Querschnitt aufweist. - In which the first line portions and the second line portions of one of the first lines and / or one of the second lines are arranged such that the line in question has a strip-shaped cross section in a plane parallel to the layer plane.
10. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 8,10. Memory cell arrangement according to claim 8,
- bei der die magnetoresistiven Elemente in Zeilen und Spal- ten angeordnet sind, wobei die Richtung der Zeilen und die- In which the magnetoresistive elements are arranged in rows and columns, the direction of the rows and the
Richtung der Spalten die Schichtebene aufspannen,Span the layer plane in the direction of the columns,
- bei der die Projektion der ersten Leitungsanteile einer der ersten Leitungen auf die Schichtebene jeweils zwischen be- nachbarten magnetoresistiven Elementen einer der Zeilen angeordnet ist, wobei die Projektion bezüglich einer Verbindungslinie zwischen den benachbarten magnetoresistiven Elementen seitlich versetzt angeordnet ist,in which the projection of the first line portions of one of the first lines onto the layer plane is arranged in each case between adjacent magnetoresistive elements of one of the lines, the projection being arranged laterally offset with respect to a connecting line between the adjacent magnetoresistive elements,
- bei der die Projektion der ersten Leitungsanteile einer der zweiten Leitungen auf die Schichtebene jeweils zwischen benachbarten magnetoresistiven Elementen einer der Spalten angeordnet ist, wobei die Projektion bezüglich einer Verbindungslinie zwischen den benachbarten magnetoresistiven Elementen seitlich versetzt angeordnet ist,in which the projection of the first line portions of one of the second lines onto the layer plane is arranged in each case between adjacent magnetoresistive elements of one of the columns, the projection being arranged laterally offset with respect to a connecting line between the adjacent magnetoresistive elements,
- bei der die Projektionen von entlang einer der Leitungen benachbarten ersten Leitungsanteilen auf die Schichtebene bezüglich der jeweiligen Verbindungslinien nach entgegenge- setzten Seiten versetzt angeordnet sind.- in which the projections of first line portions adjacent to one of the lines onto the layer plane are offset with respect to the respective connecting lines on opposite sides.
11. Verfahren zur Herstellung einer Speicherzellenanordnung,11. Method for producing a memory cell arrangement,
- bei dem auf einer Hauptfläche eines Substrats eine erste Leitung erzeugt wird,in which a first line is produced on a main surface of a substrate,
- bei dem durch Abscheiden und Strukturierung einer ersten ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht und einer zweiten ferromagnetischen Schicht ein magnetore- sistives Element gebildet wird, das in einer Schichtebene einen ringförmigen Querschnitt aufweist, - bei dem eine zweite Leitung erzeugt wird, die die erste Leitung so kreuzt, daß das magnetoresistive Element im Kreuzungsbereich angeordnet ist,in which a magnetoresistive element is formed by the deposition and structuring of a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second ferromagnetic layer, which element has an annular cross section in a layer plane, in which a second line is produced which crosses the first line in such a way that the magnetoresistive element is arranged in the crossover area,
- bei dem die erste und/oder zweite Leitung so erzeugt werden, daß sie mindestens einen ersten Leitungsanteil, in dem eine parallel zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente überwiegt, und einen zweiten Leitungsanteil, in dem eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete Stromkomponente über- wiegt, aufweisen.- in which the first and / or second line are produced in such a way that they have at least a first line component in which a current component directed parallel to the layer plane predominates and a second line part in which a current component directed perpendicular to the layer plane predominates.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zur Strukturierung der ersten ferromagnetischen Schicht, der nichtmagnetischen Schicht und der zweiten ferro- magnetischen Schicht eine spacerförmige Maske verwendet wird.12. The method according to claim 11, in which a spacer-shaped mask is used for structuring the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,13. The method according to claim 11 or 12,
- bei dem zur Bildung der ersten Leitung eine erste leitende Schicht abgeschieden und strukturiert wird, aus der ein unterer Bereich der ersten Leitung und in einer Peripherie der Speicherzellenanordnung eine erste Metallisierungsebene gebildet werden,in which a first conductive layer is deposited and structured to form the first line, from which a lower region of the first line and in a periphery of the memory cell arrangement are formed a first metallization level,
- bei dem eine zweite leitende Schicht abgeschieden und strukturiert wird, aus der ein oberer Bereich der ersten Leitung und in der Peripherie erste Kontakte gebildet werden,in which a second conductive layer is deposited and structured, from which an upper region of the first line and first contacts are formed in the periphery,
- bei der zur Bildung der zweiten Leitung eine dritte leitende Schicht abgeschieden und strukturiert wird, aus der ein unterer Bereich der zweiten Leitung und in der Peripherie eine zweite Metallisierungsebene gebildet werden,a third conductive layer is deposited and structured to form the second line, from which a lower region of the second line and a second metallization level are formed in the periphery,
- bei der eine vierte leitende Schicht abgeschieden und strukturiert wird, aus der ein oberer Bereich der zweiten Leitung und in der Peripherie zweite Kontakte gebildet wer¬ den.- In which a fourth conductive layer is deposited and structured, from which an upper area of the second Line and formed in the periphery of second contacts who ¬.
14. Verfahren nach Anspruch 13,14. The method according to claim 13,
- bei dem vor der Abscheidung der ersten leitenden Schicht eine erste isolierende Schicht abgeschieden und mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte so strukturiert wird, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden ersten Metallisierungsebene und des unteren Bereichs der ersten Leitung entfernt wird,in which a first insulating layer is deposited before the deposition of the first conductive layer and structured with the aid of photolithographic process steps in such a way that it is removed in the region of the first metallization level to be subsequently produced and the lower region of the first line,
- bei dem die erste leitende Schicht durch ein planarisierendes Ätzverfahren strukturiert wird,in which the first conductive layer is structured by a planarizing etching process,
- bei dem vor der Abscheidung der zweiten leitenden Schicht eine zweite isolierende Schicht abgeschieden und mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte so strukturiert wird, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden ersten Kontakten und des oberen Bereichs der ersten Leitung entfernt wird,in which a second insulating layer is deposited before the deposition of the second conductive layer and is structured with the aid of photolithographic process steps in such a way that it is removed in the region of the first contacts to be subsequently produced and in the upper region of the first line,
- bei dem die zweite leitende Schicht durch ein planarisierendes Ätzverfahren strukturiert wird,in which the second conductive layer is structured by a planarizing etching process,
- bei dem vor der Abscheidung der dritten leitenden Schicht eine dritte isolierende Schicht abgeschieden und mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte so strukturiert wird, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden zweiten Metallisierungsebene und des unteren Bereichs der zweiten Leitung entfernt wird,in which a third insulating layer is deposited before the deposition of the third conductive layer and structured with the aid of photolithographic process steps in such a way that it is removed in the region of the second metallization level to be subsequently produced and the lower region of the second line,
- bei dem die dritte leitende Schicht durch ein planarisierendes Ätzverfahren strukturiert wird,the third conductive layer is structured by a planarizing etching process,
bei dem vor der Abscheidung der vierten leitenden Schicht eine vierte isolierende Schicht abgeschieden wird und mit Hilfe photolithographischer Prozeßschritte so strukturiert wird, daß sie im Bereich der nachfolgend herzustellenden zweiten Kontakte und des oberen Bereichs der zweiten Leitung entfernt wird,in which, before the fourth conductive layer is deposited, a fourth insulating layer is deposited and with Is structured with the aid of photolithographic process steps in such a way that it is removed in the region of the second contacts to be subsequently produced and in the upper region of the second line,
- bei dem die zweite leitende Schicht durch ein planarisierendes Ätzverfahren strukturiert wird.- The second conductive layer is structured by a planarizing etching process.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem nach Fertigstellung der zweiten Leitung und Abscheidung und Strukturierung einer fünften leitenden Schicht in der Peripherie eine dritte Metallisierungsebene gebildet wird. 15. The method according to claim 13 or 14, in which after the completion of the second line and deposition and structuring of a fifth conductive layer in the periphery, a third metallization level is formed.
PCT/DE2000/000310 1999-02-26 2000-02-01 Storage cell arrangement and method for producing the same WO2000052771A1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00910521A EP1155462B1 (en) 1999-02-26 2000-02-01 Storage cell arrangement and method for producing the same
KR10-2001-7010931A KR100443120B1 (en) 1999-02-26 2000-02-01 Storage cell arrangement and method for producing the same
JP2000603106A JP4027040B2 (en) 1999-02-26 2000-02-01 Memory cell device and manufacturing method thereof
DE50011118T DE50011118D1 (en) 1999-02-26 2000-02-01 MEMORY CELL ARRANGEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US09/940,087 US6605837B2 (en) 1999-02-26 2001-08-27 Memory cell configuration and production method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19908519 1999-02-26
DE19908519.6 1999-02-26

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US09/940,087 Continuation US6605837B2 (en) 1999-02-26 2001-08-27 Memory cell configuration and production method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000052771A1 true WO2000052771A1 (en) 2000-09-08

Family

ID=7899069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2000/000310 WO2000052771A1 (en) 1999-02-26 2000-02-01 Storage cell arrangement and method for producing the same

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6605837B2 (en)
EP (1) EP1155462B1 (en)
JP (1) JP4027040B2 (en)
KR (1) KR100443120B1 (en)
CN (1) CN1175501C (en)
DE (1) DE50011118D1 (en)
TW (1) TW462052B (en)
WO (1) WO2000052771A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8565016B2 (en) 2001-12-20 2013-10-22 Micron Technology, Inc. System having improved surface planarity for bit material deposition

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6728315B2 (en) 2002-07-24 2004-04-27 Apple Computer, Inc. Method and apparatus for variable accuracy inter-picture timing specification for digital video encoding with reduced requirements for division operations
JP4509467B2 (en) * 2002-11-08 2010-07-21 シャープ株式会社 Nonvolatile variable resistance element and storage device
US7173841B2 (en) * 2004-12-03 2007-02-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Magnetic memory array
FR2967299B1 (en) * 2010-11-10 2013-06-28 St Microelectronics Crolles 2 INTEGRATED CIRCUIT WITH PROTECTION AGAINST COPPER EXTRUSIONS
CN102938446A (en) * 2012-11-02 2013-02-20 上海华力微电子有限公司 Forming method of annular storage unit of magneto-resistive memory

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541868A (en) * 1995-02-21 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Annular GMR-based memory element
US5587943A (en) * 1995-02-13 1996-12-24 Integrated Microtransducer Electronics Corporation Nonvolatile magnetoresistive memory with fully closed flux operation
US5969978A (en) * 1998-09-30 1999-10-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Read/write memory architecture employing closed ring elements

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477482A (en) 1993-10-01 1995-12-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ultra high density, non-volatile ferromagnetic random access memory
US5966322A (en) * 1996-09-06 1999-10-12 Nonvolatile Electronics, Incorporated Giant magnetoresistive effect memory cell
US6473275B1 (en) * 2000-06-06 2002-10-29 International Business Machines Corporation Dual hybrid magnetic tunnel junction/giant magnetoresistive sensor
US6358756B1 (en) * 2001-02-07 2002-03-19 Micron Technology, Inc. Self-aligned, magnetoresistive random-access memory (MRAM) structure utilizing a spacer containment scheme

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5587943A (en) * 1995-02-13 1996-12-24 Integrated Microtransducer Electronics Corporation Nonvolatile magnetoresistive memory with fully closed flux operation
US5541868A (en) * 1995-02-21 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Annular GMR-based memory element
US5969978A (en) * 1998-09-30 1999-10-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Read/write memory architecture employing closed ring elements

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HU Y Z ET AL: "Chemical-mechanical polishing as an enabling technology for giant magnetoresistance devices", THIN SOLID FILMS,CH,ELSEVIER-SEQUOIA S.A. LAUSANNE, vol. 308-309, no. 1-4, 31 October 1997 (1997-10-31), pages 555 - 561, XP004110335, ISSN: 0040-6090 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8565016B2 (en) 2001-12-20 2013-10-22 Micron Technology, Inc. System having improved surface planarity for bit material deposition

Also Published As

Publication number Publication date
CN1175501C (en) 2004-11-10
CN1341281A (en) 2002-03-20
TW462052B (en) 2001-11-01
US6605837B2 (en) 2003-08-12
KR100443120B1 (en) 2004-08-04
JP2002538630A (en) 2002-11-12
KR20010112291A (en) 2001-12-20
EP1155462A1 (en) 2001-11-21
JP4027040B2 (en) 2007-12-26
US20020020864A1 (en) 2002-02-21
DE50011118D1 (en) 2005-10-13
EP1155462B1 (en) 2005-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60201625T2 (en) Semiconductor memory arrangement with magnetic resistance element and manufacturing method
EP1097457B1 (en) Storage cell system in which an electric resistance of a storage element represents an information unit and can be influenced by a magnetic field, and method for producing same
DE60222985T2 (en) Magnetic storage device and its manufacturing method
DE60308568T2 (en) Magnetic yoke in MRAM to reduce programming power consumption and manufacturing process
EP1105878B1 (en) Memory cell array and corresponding production method
DE69923244T2 (en) Magnetoresistive memory arrangements
EP1019913B1 (en) Memory cell arrangement
EP1148511B1 (en) MRAM memory
DE10113853B4 (en) Magnetic storage element and magnetic memory
DE69924655T2 (en) Magnetic tunnel junction devices
DE69735780T2 (en) Ferromagnetic memory of fip-flop type
DE60022616T2 (en) Magnetic storage
DE10362176B4 (en) Magnetic random access memory (MRAM) with non-parallel main and reference magnetoresistors
EP1157388B1 (en) Storage cell arrangement and method for producing the same
EP1163676B1 (en) Storage cell array and method for the production thereof
DE60104385T2 (en) Magnetic random access memory with improved breakdown voltage
DE60301294T2 (en) Magnetic storage devices
DE602004010335T2 (en) Magnetic memory cell and magnetic storage device and method for their production
DE10305823A1 (en) Magnetoresistive effect element for magnetic memory has free non-magnetic material layer, fixed ferromagnetic material layer, information recorded using change in free layer magnetization direction
EP1105890B1 (en) Magnetoresistive element and the use thereof as storage element in a storage cell array
EP1155462B1 (en) Storage cell arrangement and method for producing the same
WO2001018816A1 (en) Memory cell arrangement and operational method therefor
DE102021130636A1 (en) THREE-DIMENSIONAL FUNNEL-LIKE SPIN TRANSFER TORQUE MRAM CELL WITH UNEVEN THICKNESS IN EACH LAYER
DE112004000176B4 (en) Magnetic memory cell and magnetic memory
DE60221877T2 (en) MAGNETIC STORAGE DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 00804343.4

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000910521

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2000 603106

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020017010931

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09940087

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000910521

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020017010931

Country of ref document: KR

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1020017010931

Country of ref document: KR

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2000910521

Country of ref document: EP